陳太生

（天津冶金集團(tuán)軋三友發(fā)鋼鐵有限公司，天津301606）

1 引言

隨著國(guó)家逐漸加大對(duì)高強(qiáng)度鋼筋在各種建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，加快了鋼筋產(chǎn)品更新?lián)Q代的腳步，特別是在經(jīng)歷了汶川等強(qiáng)烈地震后，鋼筋抗震問(wèn)題被廣泛關(guān)注。我公司在生產(chǎn)HRB335、HRB400的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出HRB400E抗震鋼筋，在滿足熱軋帶肋鋼筋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1499.2各項(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí)，又滿足了抗震性能指標(biāo)要求。2013年4月，我公司分別對(duì)Φ36 mm、Φ32 mm、Φ28 mm、Φ22 mm、Φ12mm 等 5個(gè)規(guī)格HRB400E螺紋鋼筋進(jìn)行試制，并取得了成功。

2 研制的主要目的及方法

（1）研究的主要目的是：①實(shí)現(xiàn)較低的成本生產(chǎn)高性能、高品質(zhì)產(chǎn)品，節(jié)約資源提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。②通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)、合理的加熱制度、利用無(wú)孔型軋制技術(shù)合理調(diào)整軋鋼各道次壓下量實(shí)現(xiàn)形變位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶晶界強(qiáng)化，從而減少微合金的用量。

（2）實(shí)現(xiàn)形變位錯(cuò)強(qiáng)化的關(guān)鍵是如何控制形變過(guò)程產(chǎn)生的高密度位錯(cuò)在高溫狀態(tài)下的迅速消失。使用高爐煤氣合理調(diào)整空燃比降低軋鋼溫度，采用低溫軋制技術(shù)，是細(xì)化晶粒、保留高密度位錯(cuò)的較好途徑。

3 工藝路線

轉(zhuǎn)爐→LF爐精煉→連鑄（150方坯）→步進(jìn)式冷床冷卻→檢驗(yàn)→入庫(kù)→步進(jìn)式加熱爐→粗軋機(jī)組→中軋機(jī)組→精軋機(jī)組→步進(jìn)式冷床冷卻→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

3.1 煉鋼工藝要求

（1）120 t轉(zhuǎn)爐采用高拉補(bǔ)吹，指導(dǎo)出鋼條件如表1所示。

表1 出鋼條件

（2）轉(zhuǎn)爐出鋼后，鋼水進(jìn)LF爐造白渣精煉，調(diào)節(jié)成分，保證軟吹時(shí)間和精煉出站溫度。

（3）連鑄全程保護(hù)澆注，拉速為2.0～2.5 m/min。鑄坯斷面150 mm×150 mm，定尺長(zhǎng)度12 m。

3.2 軋鋼工藝要求

（1）加熱制度

加熱爐為空煤雙蓄熱步進(jìn)式加熱爐，額定加熱能力150 t/h，采用汽化冷卻工藝，燃料為高爐煤氣。

以均熱段爐溫控制鋼坯的出爐溫度，以出爐溫度控制開(kāi)軋溫度。鋼坯溫度控制：1000～1200℃。

（2）軋制控制

棒材全連軋機(jī)組由粗軋機(jī)組φ600 mm×4+φ500 mm×2、中軋機(jī)組 φ500 mm×2+φ400 mm×4、精軋機(jī)組 φ400 mm×2+φ350 mm×4共 18架軋機(jī)組成，精軋機(jī)組出口最高速度18 m/s。

軋機(jī)全部為平立交替布置，前八架為摩根型牌坊式軋機(jī)，后十架全部為高剛度短應(yīng)力線軋機(jī)。中軋機(jī)組后三架軋機(jī)之間設(shè)有活套，中軋機(jī)組后布置有冷卻水箱，控制軋制溫度。精軋機(jī)組的第四架和第六架為平立可轉(zhuǎn)換軋機(jī)，各架軋機(jī)間設(shè)有活套，全線生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)無(wú)扭軋制。精軋機(jī)組后布置有軋后余熱處理裝置，可使螺紋鋼產(chǎn)品的強(qiáng)度提高一個(gè)等級(jí)。

粗軋機(jī)組：采用微張力控制軋制，各道次出口紅坯尺寸按軋制程序表執(zhí)行。

中、精軋機(jī)組：采用活套控制軋制，嚴(yán)格控制各架紅坯尺寸，確保尺寸精度。

從加熱溫度到終軋溫度進(jìn)行全過(guò)程控溫軋制，實(shí)現(xiàn)鋼材晶粒細(xì)化、提高鋼材機(jī)械性能。

4 標(biāo)準(zhǔn)要求

按GB1499.2—2007標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)，國(guó)標(biāo)對(duì)抗震鋼筋的化學(xué)成分要求：

文獻(xiàn)[1]規(guī)定HRB400E化學(xué)成分和碳當(dāng)量（熔煉分析）應(yīng)符合表2的規(guī)定，根據(jù)需要鋼中還可以加入 V、Nb、Ti等元素。

表2 HRB400E抗震鋼筋的化學(xué)成分 /%

碳當(dāng)量Ceq（百分比）值可按下式計(jì)算:

根據(jù) GB1499.2—2007中規(guī)定抗震鋼筋HRB400E的力學(xué)性能特征值及工藝性能要求：

（1）屈服強(qiáng)度 Rel≥400 MPa。

（2）抗拉強(qiáng)度 Rm≥540 MPa。

（3）延伸率A≥16%。

（4）冷彎、反彎性能良好。

但HRB400E除應(yīng)滿足以上要求外，還應(yīng)滿足以下抗震性能指標(biāo)：

（1）鋼筋實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度之比R°m/R°el≥1.25。

（2）鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度特征值之比R°el/Rel≤1.30（即實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度≤520 MPa）。

（3）抗震鋼筋要求最大力總伸長(zhǎng)率Agt≥9%。

其中，R°m為鋼筋實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度；R°el為鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度。

5 鋼坯的冶煉成分及鋼筋產(chǎn)品性能

5.1 方案一（成分中添加微量元素V）

表3 方案一成分設(shè)計(jì) /%

表4 方案一試生產(chǎn)Φ36mm規(guī)格成分 /%

表5 方案一試生產(chǎn)Φ36mm規(guī)格力學(xué)性能

如表3～表9所示。

分析：該方案中，鋼筋性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可得，HRB400E整體屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均偏高，當(dāng)鋼筋中V化學(xué)成分達(dá)到0.058%及以上時(shí)，易出現(xiàn)實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度大于520 MPa導(dǎo)致屈屈比（R°el/Rel）大于1.30 而使產(chǎn)品不合格，并使強(qiáng)屈比（R°m/R°el）小于1.25產(chǎn)品力學(xué)性能不合格現(xiàn)象。

表6 方案一試生產(chǎn)Φ22mm規(guī)格成分 /%

表7 方案一試生產(chǎn)Φ22mm規(guī)格力學(xué)性能

表8 方案一試生產(chǎn)Φ12mm規(guī)格成分 /%

表9 方案一試生產(chǎn)Φ12mm規(guī)格力學(xué)性能

從方案一的化學(xué)成分設(shè)計(jì)結(jié)果分析，試生產(chǎn)HRB400E性能個(gè)別爐次鋼筋塑性低，強(qiáng)度高，機(jī)械性能穩(wěn)定性較差。因此，優(yōu)化鋼坯成分時(shí)，重點(diǎn)從適度降低鋼筋屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，提高鋼筋綜合性能考慮，兼顧降低鋼筋制造成本。

5.2 方案二（成分中適當(dāng)下調(diào)微量元素V）

表10 方案二成分優(yōu)化 /%

表11 方案二試生產(chǎn)Φ32mm規(guī)格成分 /%

表12 方案二試生產(chǎn)Φ32mm規(guī)格力學(xué)性能

如表10～表16所示。

從上述“方案二”鋼筋性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可得，HRB400E屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均適中，屈屈比（R°el/Rel）、強(qiáng)屈比（R°m/R°el）均符合標(biāo)準(zhǔn)，其它性能指標(biāo)也符合標(biāo)準(zhǔn)。HRB400E經(jīng)過(guò)熔煉成分優(yōu)化，V成分下調(diào)，Mn成分略有提高，鋼筋成分符合窄成分設(shè)計(jì)區(qū)間，鋼筋強(qiáng)度降到合理水平，塑性有所提高，性能穩(wěn)定性較好，鋼筋軋制成品后合格率為100%，而且所加合金量少，特別是V的含量的降低，有效地降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到預(yù)期目的。

表13 方案二試生產(chǎn)Φ28mm規(guī)格成分 /%

表14 方案二試生產(chǎn)Φ28mm規(guī)格力學(xué)性能

表15 方案二試生產(chǎn)Φ12mm規(guī)格成分 /%

表16 方案二試生產(chǎn)Φ12mm規(guī)格力學(xué)性能

6 小結(jié)

（1）對(duì)鋼筋進(jìn)行釩微合金化方法，并采用了合理的冶煉、加熱和軋制等生產(chǎn)工藝參數(shù)，成功開(kāi)發(fā)了HRB400E抗震鋼筋。

（2）對(duì)鋼筋進(jìn)行窄成分范圍設(shè)計(jì)，合理減少所添加合金量，既保證了抗震鋼筋的綜合性能穩(wěn)定，又能降低鋼筋制造成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，不同規(guī)格產(chǎn)品由于壓縮比不同對(duì)成分要求有差別，有條件企業(yè)可以分規(guī)格確定成分范圍。在軋鋼工序內(nèi)，在按爐送鋼的原則下，按規(guī)格選擇入爐坯料，以確保產(chǎn)品的力學(xué)性能。

（4）此次對(duì)HRB400E的試生產(chǎn)收到了很好的效果，今后還將逐步摸索經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)工藝，確保工藝穩(wěn)定和產(chǎn)品的質(zhì)量。

[1]G B 1499.2—2007，熱軋帶肋螺紋鋼筋[S].

[2]王子亮.螺紋鋼生產(chǎn)工藝與技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[3]蔡開(kāi)科.連鑄坯質(zhì)量控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.