460 MPa級螺紋鋼筋的成分設(shè)計與生產(chǎn)工藝優(yōu)化

王炳霞 周成

（1.北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100083 2.天津鋼鐵集團(tuán)有限公司棒材廠,天津 300301)

460 MPa級螺紋鋼筋的成分設(shè)計與生產(chǎn)工藝優(yōu)化

王炳霞1,2周成1

（1.北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100083 2.天津鋼鐵集團(tuán)有限公司棒材廠,天津 300301)

天鋼采用20MnSi連鑄方坯生產(chǎn)Ф25 mm、Ф40 mm 460 MPa級英標(biāo)螺紋鋼筋。通過調(diào)整20MnSi連鑄方坯Mn、Si的含量，調(diào)整冷卻器的開啟程度和壓力以提高冷卻強(qiáng)度，降低回火溫度等工藝優(yōu)化措施，其產(chǎn)品不僅滿足英國BS4449：1997標(biāo)準(zhǔn)，還降低了生產(chǎn)成本，提高了市場競爭力。

螺紋鋼筋 成分 設(shè)計 工藝 優(yōu)化

1 引言

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，高層建筑等工程結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求越來越高。460 MPa級螺紋鋼筋具有強(qiáng)度高、塑性和粘結(jié)性好等性能特點(diǎn)，同時具有節(jié)約型材料的特點(diǎn)，在國內(nèi)外建筑工程中應(yīng)用很廣，市場上需求很大。天鋼于2006年開始生產(chǎn)460 MPa級螺紋鋼筋，產(chǎn)品規(guī)格為?12～50 mm。為增強(qiáng)市場的競爭力，提高鋼筋的使用性能，降低生產(chǎn)成本，我們對?25 mm、?40 mm螺紋鋼筋的化學(xué)成分進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)行了生產(chǎn)工藝的研發(fā)工作。

2 460 MPa英標(biāo)螺紋鋼筋技術(shù)要求

BS4449：1997[1]標(biāo)準(zhǔn)是英國ISE/9/1技術(shù)委員會在1997年起草制定的。標(biāo)準(zhǔn)按強(qiáng)度級別不同分為兩個等級，一個是250 MPa，另一個是460 MPa，后者按延性分類（橫肋方向不同)加字母，分為460A和460B，天鋼生產(chǎn)的鋼筋全部為460B。該標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品化學(xué)成分、力學(xué)性能及重量偏差的要求分別見表1、表2、表3。

表1 化學(xué)成分要求 /≯%

表2 力學(xué)性能要求

表3 重量偏差要求

3 460 MPa螺紋鋼筋原工藝生產(chǎn)狀況

3.1 化學(xué)成分

天鋼使用20MnSi連鑄方坯生產(chǎn)?25 mm、?40 mm 460 MPa級英標(biāo)螺紋鋼筋，化學(xué)成分見表4。

表4 20MnSi化學(xué)成分 /%

3.2 工藝控制

目前，這兩個規(guī)格的控冷工藝參數(shù)見表5。

表5 工藝控制

3.3 產(chǎn)品熱檢性能

目前，?25 mm、?40 mm鋼筋實(shí)際力學(xué)性能指標(biāo)和重量偏差控制見表6。

表6 熱檢性能統(tǒng)計

從表6熱檢性能統(tǒng)計數(shù)據(jù)看出，?25 mm和?40 mm的屈服強(qiáng)度都在485 MPa以上，抗拉強(qiáng)度都在590 MPa以上。?25mm屈服強(qiáng)度平均值超出標(biāo)準(zhǔn)69 MPa，?40 mm屈服強(qiáng)度平均值超出標(biāo)準(zhǔn)78 MPa。兩種規(guī)格的伸長率在17%以上，強(qiáng)屈比都在1.16以上。重量偏差在負(fù)偏差范圍，各性能指標(biāo)均超過了英標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

目前的化學(xué)成分和控冷工藝生產(chǎn)的螺紋鋼筋均符合甚至超過了英標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的要求。由于英標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)并未對Si、Mn含量做出具體要求，因此可以進(jìn)一步考慮優(yōu)化Si、Mn含量。另外，由表5可以看出?25 mm和?40 mm冷卻器還有一個未使用，造成了設(shè)備的浪費(fèi)，可以對其進(jìn)行優(yōu)化。

4 成分和工藝優(yōu)化和試驗

優(yōu)化研究工作主要是調(diào)整化學(xué)成分，在現(xiàn)行20MnSi化學(xué)成分的基礎(chǔ)上調(diào)整Si、Mn的含量，同時調(diào)整冷卻工藝，將冷卻器全部開啟，使水箱冷卻能力得到最大利用。

4.1 成分優(yōu)化

根據(jù)成分優(yōu)化方案，選取5支坯料，化學(xué)成分見表7。從化學(xué)成分看出C含量與調(diào)整前相比并沒有降低，只是在下限范圍，Si、Mn含量都做了較大幅度的調(diào)整。

表7 20MnSi試驗材料的化學(xué)成分 /%

4.2 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

4.2.1 加熱工藝

為了保證坯料加熱均勻，我們設(shè)定加熱爐的各段溫度如表8所示，實(shí)際生產(chǎn)中嚴(yán)格控制。

表8 爐溫控制 /℃

4.2.2 軋制工藝優(yōu)化

根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗并結(jié)合成分設(shè)計，我們制訂開軋溫度控制在1 020～1 180℃，軋制速度?25 mm控制在8.7 m/s,?40 mm控制在5.0 m/s。根據(jù)規(guī)格合理制定相應(yīng)的軋制規(guī)程。

4.2.3 QTB余熱處理工藝

將15段冷卻器全部開啟，壓力調(diào)到最大，這樣優(yōu)化后的QTB回火溫度比優(yōu)化前降低了15℃，見表9。為避免性能波動過大，流量偏差控制在20 m3/h范圍內(nèi)，水壓偏差控制在0.5 MPa范圍內(nèi)，QTB回火溫度偏差控制在15℃范圍內(nèi)。

表9 QTB穿水冷卻工藝

4.3 試驗結(jié)果

鋼筋下線后立即做熱檢性能，每支鋼坯取兩個試樣進(jìn)行拉伸試驗，力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表10、表11。

表10 ?25 mm鋼筋的力學(xué)性能數(shù)據(jù)

表11 ?40 mm鋼筋的力學(xué)性能數(shù)據(jù)

從表10、表11看出兩個規(guī)格的5個試樣各項性能指標(biāo)均符合英標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的要求。試樣的屈服強(qiáng)度都在500 MPa級以上，屈服強(qiáng)度隨著試樣碳當(dāng)量的增加而增加，碳當(dāng)量最小對應(yīng)的屈服強(qiáng)度也最小。碳當(dāng)量相同的2號、4號試樣，C、Mn含量相同，只是Si相差0.1%，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相差不大，說明在此成分范圍和工藝狀態(tài)下，Si含量的多少對強(qiáng)度的影響不明顯。根據(jù)以上結(jié)果，可將Si下限調(diào)整為0.25%，Mn下限調(diào)整為 1.25%，即 Si：0.25%～0.5%，Mn：1.25%～1.50%，其余元素化學(xué)成分不變。

5 實(shí)際生產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 實(shí)際生產(chǎn)效果

采用優(yōu)化后的化學(xué)成分與工藝生產(chǎn)了40爐?25 mm、35爐?40 mm螺紋鋼筋，其性能結(jié)果見表12。

表12 大生產(chǎn)鋼筋的力學(xué)性能

從表12看出，兩個規(guī)格力學(xué)性能指標(biāo)完全合格，從屈服強(qiáng)度來看，最小值超出標(biāo)準(zhǔn)35 MPa，平均值與調(diào)整前變化不大，其它性能指標(biāo)控制較好。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

Si下限調(diào)整為0.25%，Mn下限調(diào)整為1.25%，即Si含量比原來降低0.15%，Mn含量降低0.05%，成本計算見表13。

表13 成本計算

經(jīng)計算降低Si、Mn含量后，?25 mm和?40 mm鋼筋噸鋼成本降低了21.99元。

6 結(jié)論

6.1 優(yōu)化成分和合理QTB工藝后，460MPa級鋼筋性能完全符合英標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

6.2 成分優(yōu)化后，噸鋼成本降低了21.99元。

[1]BS 4449:1997，Specification for Carbon steel bars for the reinforcement of concrete．

Composition Design and Production Process Optimization of 460 MPa Rebar

Wang Bingxia,Zhou Cheng

Tiangang utilized 20MnSi square billet to produce Ф 25 mm and Ф 40 mm 460 MPa rebars of British Standard.Process optimizing measures were taken,such as adjusting Mn and Si contents of 20MnSi square billet,regulating cooler opening and pressure to increase cooling strength and reducing tempering temperature.Consequently,the products meet BS4449:1997 British Standard with lower production cost and higher market competitiveness.

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（收稿 2010-11-10 責(zé)編 崔建華)

王炳霞，女，北京科技大學(xué)工程碩士。天津鋼鐵集團(tuán)有限公司棒材廠副廠長主要從事天鋼棒材新產(chǎn)品及工藝開發(fā)工作和棒材廠生產(chǎn)管理工作。