HRB600E大規(guī)格高強(qiáng)抗震鋼筋研制與實(shí)踐

王曉飛

摘要： 本文介紹了HRB600E大規(guī)格抗震鋼筋的研制情況，研究了鋼筋的化學(xué)成分、合金化工藝和軋制工藝。研究表明，其產(chǎn)品性能滿足使用要求，微觀組織為鐵素體和珠光體復(fù)合組織。目前我國(guó)處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，該產(chǎn)品的研制符合高強(qiáng)鋼筋發(fā)展趨勢(shì)，及當(dāng)前去產(chǎn)能和供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的方向，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：HRB600E;高強(qiáng)抗震鋼筋;研制;實(shí)踐;

前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，2011年我國(guó)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的熱軋帶肋鋼筋共1.76億噸，占國(guó)內(nèi)鋼材總產(chǎn)量的29%。另外在HRB400E及HRB500E高強(qiáng)鋼筋使用的基礎(chǔ)上可以發(fā)現(xiàn)，使用高強(qiáng)鋼筋效益明顯，在保證建筑結(jié)構(gòu)安全度不變的前提下，可減少鋼筋用量，也可顯著改善框架結(jié)構(gòu)中梁、柱節(jié)點(diǎn)鋼筋擁擠的現(xiàn)象，提高工程質(zhì)量;根據(jù)Nb、V和N微合金化強(qiáng)化性能機(jī)理，通過試驗(yàn)選用氮化釩鐵微合金化，提高強(qiáng)度、保證強(qiáng)塑性匹配下，可以盡快實(shí)現(xiàn)研制出大規(guī)格高強(qiáng)度HRB600E抗震鋼筋。

1 我國(guó)目前鋼筋生產(chǎn)狀況及發(fā)展趨勢(shì)

目前熱軋帶肋鋼筋國(guó)家最新強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB1499.2-2018中將鋼筋劃分為三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，分別為HRB400級(jí)、HRB500級(jí)及HRB600級(jí)三個(gè)牌號(hào)等級(jí)，由于目前HRB600E級(jí)還未被列入相關(guān)工程建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，從當(dāng)下局勢(shì)上看對(duì)于其大規(guī)格高強(qiáng)抗震鋼筋的研制還有很長(zhǎng)的一段路要走。

為了節(jié)約資源，減少環(huán)境污染，國(guó)家積極鼓勵(lì)推廣高強(qiáng)度鋼筋的使用，通過近十年的推廣應(yīng)用，HRB500級(jí)鋼筋已經(jīng)得到較廣泛應(yīng)用，逐步占領(lǐng)市場(chǎng)。我公司從2003年開始，就一直致力于高強(qiáng)鋼筋的研究，特別是對(duì)高強(qiáng)抗震鋼筋研究，在開發(fā)研究HRB500E抗震鋼筋的基礎(chǔ)上對(duì)HRB600E高強(qiáng)鋼筋進(jìn)行研制，試驗(yàn)Φ32 mm以下規(guī)格比較順利，但在開發(fā)規(guī)格Φ36 mm、Φ40 mm大規(guī)格過程中遇到屈服強(qiáng)度余量低、強(qiáng)屈比不合等問題。而后通過不斷優(yōu)化成分和工藝，現(xiàn)已能批量化生產(chǎn)。

2 大規(guī)格HRB600E鋼筋成分設(shè)計(jì)

根據(jù)我公司生產(chǎn)HRB400E、HRB500E熱軋帶肋鋼筋的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合GB1499.2對(duì)產(chǎn)品性能的要求確定了大規(guī)格HRB600E鋼筋的化學(xué)成分，如表1所示。

據(jù)有關(guān)研究表明，釩在高、低氮鋼中的相間分布有明顯差異。低氮釩鋼中，釩主要以固溶狀態(tài)存在，固溶狀態(tài)釩約占總釩含量的56.3%，僅有約34%的釩與鋼中的C、N結(jié)合形成碳氮化釩析出。高氮釩鋼中，約70%的釩與鋼中的C、N結(jié)合形成了碳氮化釩析出，僅剩不足30%的釩固溶于基體。這表明氮含量的增加改變了V在鋼中的狀態(tài)和分布，促進(jìn)了釩從固溶狀態(tài)向碳氮化釩析出的轉(zhuǎn)移，從而使釩元素的沉淀強(qiáng)化得到了更充分的發(fā)揮。經(jīng)過試驗(yàn)表明，含V鋼中的N含量增加100ppm，其屈服和抗拉強(qiáng)度分別增加了117.5MPa和135MPa，氮對(duì)含釩鋼筋中V的強(qiáng)化作用的發(fā)揮有巨大影響。

為此提高鋼中N含量，以最大限度發(fā)揮V的強(qiáng)化作用。為確保能夠形成大量的碳氮化物或氮化物，對(duì)N的下限進(jìn)行了限定。

3 大規(guī)格HRB600E抗震鋼筋冶煉工藝

釩是一種比較容易被氧化的元素，對(duì)此需要在正常冶煉工藝的基礎(chǔ)上，抓住以下幾個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)：

3.1降低終點(diǎn)鋼水氧化性

鋼水氧化性的強(qiáng)弱直接影響合金料吸收率的高低，降低終點(diǎn)鋼水氧含量，是提高合金收得率的重要因素。一般來說，終點(diǎn)鋼水溫度、爐渣氧化性、爐氣成分等有關(guān)。根據(jù)公司生產(chǎn)現(xiàn)狀，氧含量主要受碳含量的控制，因此制定以下工藝：終點(diǎn)碳要求控制在0.06%以上;出鋼溫度為1630～1680℃。

3.2合金料的加入方法

根據(jù)合金的氧化順序，確定合金加入方法：鋼水出至四分之一時(shí)，依次加入硅錳、硅鐵、釩氮合金，鋼水出至四分之三時(shí)加完。

3.3減少下渣量

終渣[FeO]一般在20%左右，氧化性較強(qiáng)，如果擋渣效果差、下渣量大，對(duì)鋼水脫氧、合金料吸收率和鋼材質(zhì)量都有很壞的影響。因此在生產(chǎn)中要求嚴(yán)格控制出鋼時(shí)間，擋好一、二次渣，保證渣層厚度小于70MM。

4 大規(guī)格HRB600E抗震鋼筋軋制工藝

軋制時(shí)開軋溫度與HRB500E的開軋溫度區(qū)間相同，實(shí)際生產(chǎn)中以中下限為控制目標(biāo)，首先可以降低能耗，還可以進(jìn)一步細(xì)化晶粒，同時(shí)還能適當(dāng)提高珠光體含量，提高產(chǎn)品性能。

軋制過程中產(chǎn)品負(fù)差按0負(fù)差或微正差控制，同時(shí)實(shí)施窄負(fù)差范圍軋制，保證成品性能穩(wěn)定。

5 產(chǎn)品研制結(jié)果及分析

5.1化學(xué)成分驗(yàn)證

經(jīng)軋制后，對(duì)各爐號(hào)的成品均取樣進(jìn)行化學(xué)成分驗(yàn)證分析，均符合控制要求。

5.2力學(xué)性能

按上述要求冶煉并軋制的產(chǎn)品，經(jīng)取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和冷彎反彎測(cè)試，比照GB1499.2全部滿足要求，具體見表2。

5.3顯微組織和晶粒度

對(duì)成品鋼筋取樣做顯微組織和晶粒度檢驗(yàn)。其組織為鐵素體和珠光體復(fù)相組織，珠光體約占40%-45%，晶粒度為9.0-10級(jí)之間。同時(shí)沒有異常組織產(chǎn)生。具體見表2、圖1。

6 結(jié)論

6.1大規(guī)格HRB600E抗震鋼筋化學(xué)成分設(shè)計(jì)合理，冶煉和軋制工藝可行有效，產(chǎn)品機(jī)械性能和彎曲性能良好，符合GB1499.2對(duì)抗震鋼筋的要求，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，具備替代進(jìn)口高強(qiáng)鋼筋的能力。

6.2隨著大規(guī)格HRB600E抗震鋼筋的順利開發(fā)，提升了產(chǎn)品檔次和質(zhì)量控制能力，符合高強(qiáng)鋼筋發(fā)展方向，推廣應(yīng)用達(dá)到節(jié)約、科學(xué)、合理使用鋼材的目的，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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