摘 要：根據(jù)Nb、V和N微合金化強(qiáng)化性能機(jī)理，通過試驗(yàn)選用氮化釩鐵和鈮鐵復(fù)合微合金化，提高強(qiáng)度、保證強(qiáng)塑性匹配下，成功研制出大規(guī)格高強(qiáng)度HRB500E抗震鋼筋。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度 晶粒細(xì)化 固溶和沉淀強(qiáng)化 抗震 氮化釩鐵和鈮鐵

中圖分類號：TG335 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0088-02

目前，我國處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，但是，我國建筑行業(yè)使用高強(qiáng)鋼筋比率偏低。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，2009年我國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的熱軋帶肋鋼筋共1.3億噸，占國內(nèi)鋼材總產(chǎn)量的24%。其中HRB400占鋼筋總量的31.1%；HRB500僅占鋼筋總量的0.6%；國外采用高強(qiáng)鋼筋較為普遍。

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；其次，我國又是地震多發(fā)地區(qū)，為提高建筑物的堅(jiān)固性，必須增加鋼筋用量或采用高強(qiáng)抗震鋼筋。

從2008年開始，凌鋼集團(tuán)就一直致力于高強(qiáng)鋼筋的研究，特別是對高強(qiáng)抗震鋼筋研究，在開發(fā)研究HRB400E抗震鋼筋的基礎(chǔ)上對HRB500E高強(qiáng)鋼筋進(jìn)行研制，試驗(yàn)φ12～φ32 mm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)度富余量低、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)。

1 大規(guī)格HRB500E鋼筋研究

1.1 技術(shù)要求

1.2 成分設(shè)計(jì)

根據(jù)凌鋼生產(chǎn)HRB400E帶肋鋼筋的經(jīng)驗(yàn)，碳增加0.10%可分別提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度30 MPa和60 MPa，但碳含量偏高影響鋼筋的塑性和焊接性能，因此，要控制C含量，防止碳當(dāng)量過高。Mn可提高固溶強(qiáng)化效果，降低相變轉(zhuǎn)變溫度，細(xì)化鋼材的組織，提高強(qiáng)度和韌性。但含量過高影響焊接性能。由于凌鋼未采用輕穿水工藝提高鋼筋性能和控軋控冷工藝生產(chǎn)細(xì)晶粒鋼筋，但又不能單純通過提高常規(guī)元素含量提高強(qiáng)度，因此選擇Nb、V微合金化工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼筋。首先，選用鈮微合金化工藝，利用鈮的固溶細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化強(qiáng)度，但鈮對軋鋼加熱溫度要求較高且成本較高，而改用鈮鐵、釩鐵復(fù)合微合金化。隨著氮化釩鐵合金生產(chǎn)工藝成熟，而采用氮化釩鐵微合金化。

氮化釩鐵在鋼中強(qiáng)化機(jī)制：（1）鋼中增氮，使處于固溶態(tài)的釩在冷卻過程轉(zhuǎn)變成析出態(tài)的釩，充分發(fā)揮了釩的沉淀強(qiáng)化作用。（2）細(xì)化晶粒作用，氮化釩鐵微合金化通過優(yōu)化釩的析出和細(xì)化鐵素體晶粒，可同時(shí)發(fā)揮晶粒細(xì)化和沉淀強(qiáng)化兩種強(qiáng)化方式的作用，有利于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)塑性匹配。

我公司根據(jù)HRB500E性能要求和合金成本考慮，擬采用釩氮微合金化試驗(yàn)大規(guī)格HRB500E。內(nèi)控成分設(shè)計(jì)見表2。

2 試制生產(chǎn)

2.1 工藝流程

2.2 冶煉和連鑄

2.2.1 冶煉

2.2.2 連鑄

2.3 軋制

2.4 試制結(jié)果

3 試制結(jié)果分析

（1）從表2 HRB500E在線性能看，個(gè)別試樣強(qiáng)屈（R0m/R0eL）比較低。（2）時(shí)效1周后檢驗(yàn)，屈服強(qiáng)度（ReL）較在線降低10～35 MPa，富余量較低；抗拉強(qiáng)度（Rm）基本持平。最大力總伸長率Agt有所提高。

而后又通過提高V含量，但屈服強(qiáng)度增加不明顯。隨后，用鈮鐵和氮化釩鐵復(fù)合微合金化工藝生產(chǎn)大規(guī)格HRB500E。又重新設(shè)計(jì)化學(xué)，小批量試驗(yàn)φ36 mm和φ40 mm兩個(gè)規(guī)格，成分和性能見表3。

從表3看，采用鈮釩復(fù)工藝后生產(chǎn)HRB 500E抗震鋼筋屈服強(qiáng)度和強(qiáng)屈比適中，時(shí)效1周后，屈服強(qiáng)度降低10～15 MPa，抗拉強(qiáng)度降低5～10 MPa，性能均滿足抗震鋼筋標(biāo)準(zhǔn)要求。從高倍檢驗(yàn)看，非金屬夾雜物中A類為2.0～2.5級、B類為1.0～1.5級、C類為3.0～3.5級、D類為2.0～2.5級、硫化物和C類硅酸鹽夾雜較高，晶粒度適中（8.0～9.0級），組織為鐵素體+珠光體。大規(guī)格HRB500E抗震鋼筋基本具備批量生產(chǎn)條件。

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)對比采用鈮釩復(fù)合生產(chǎn)大規(guī)格抗震鋼筋比單純采用氮化釩鐵更能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)塑性匹配；在生產(chǎn)中要保證窄成分控制，同時(shí)提高內(nèi)控成分合格率，確保力學(xué)性能穩(wěn)定；要加強(qiáng)低硫成分控制同時(shí)加強(qiáng)吹氬、中間包液面高度控制促使硅酸鹽夾雜上浮去除，進(jìn)一步提高HRB500E性能。

參考文獻(xiàn)

[1]劉朝建.持續(xù)推動高強(qiáng)度鋼筋應(yīng)用促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展.中國鋼鐵業(yè)，2011（12）：20.

[2]馬文，朱寶晶，陳文達(dá)，等.HRB400E、HRB500E大規(guī)格抗震鋼筋的研發(fā)[J].萊鋼科技，2011，8：55.