范銀平 李 璟 楊陳莉

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

HRB500E抗震鋼筋生產(chǎn)工藝及性能優(yōu)化

范銀平 李 璟 楊陳莉

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

本文針對HRB500E高強(qiáng)鋼筋強(qiáng)屈比控制難度大，抗震性能合格率偏低等問題，通過研究分析其產(chǎn)品技術(shù)要求及生產(chǎn)特性等，進(jìn)而采取優(yōu)化合金成分控制范圍、完善軋制工藝管理等措施，最終取得了良好效果：抗震性能合格率由工藝優(yōu)化前的80%提高到99%以上。

HRB500E 高強(qiáng)鋼筋 工藝優(yōu)化

0 前言

HRB500E抗震鋼筋是國標(biāo)GB1499.2-2007中強(qiáng)度級別最高的熱軋抗震鋼筋，主要應(yīng)用于高層建筑及重大基礎(chǔ)設(shè)施鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中。近年來，由于地震頻發(fā)使得抗震鋼筋受到了廣泛的關(guān)注，建筑行業(yè)對抗震鋼筋的需求越來越迫切，因此開發(fā)HRB500E抗震鋼筋勢在必行[1]。安鋼依托多年VN微合金化技術(shù)生產(chǎn)HRB400、HRB500高強(qiáng)鋼筋的開發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，自2015年初開始研制開發(fā)HRB500E高強(qiáng)抗震鋼筋，針對研發(fā)過程中，其鋼筋抗震指標(biāo)強(qiáng)屈比控制不穩(wěn)定，造成鋼筋抗震性能合格率偏低問題，通過開展工藝優(yōu)化，完善生產(chǎn)過程管理，使得HRB500E鋼筋的抗震性能合格率平均達(dá)到了99%以上，實(shí)現(xiàn)了φ12 mm～32 mm規(guī)格的批量化生產(chǎn)，鋼筋抗震綜合性能穩(wěn)定，用戶使用后反映良好。

1 HRB500E鋼筋技術(shù)要求

1.1 工藝要求

(1) 建筑物的抗震性能不僅強(qiáng)調(diào)堅(jiān)固，還應(yīng)有良好的變形能力和吸收地震能量的能力。也就是在保證鋼筋具有一定強(qiáng)度的同時(shí)，盡量提高塑性，使強(qiáng)度和塑性達(dá)到最佳的配合，較高的延伸率值可在強(qiáng)震時(shí)吸收更多的地震能。

(2) 要具有高的強(qiáng)屈比和均勻的屈服強(qiáng)度，強(qiáng)屈比越高，鋼筋具有越大的塑性儲(chǔ)備能力。

(3) 鋼筋屈服后有較長的均勻變形階段，能吸收更多的地震能量，從而提高其抗震性能。

1.2 國標(biāo)要求

國標(biāo)GBl499．2—2007《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》中規(guī)定了HRB500E抗震鋼筋的各項(xiàng)力學(xué)性能，包括屈服強(qiáng)度ReL、抗拉強(qiáng)度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率Agt、鋼筋實(shí)測抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之比R0m/ R0eL、鋼筋實(shí)測屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度特征值之比R0eL/ReL。具體數(shù)值見表1：

表1 HRB500E帶肋鋼筋國標(biāo)力學(xué)性能

注：1. 對于沒有明顯屈服強(qiáng)度的鋼，屈服強(qiáng)度特征值ReL應(yīng)采用規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2。

2 生產(chǎn)工藝

依據(jù)國標(biāo)GB1499.2-2007對HRB500E抗震鋼筋產(chǎn)品的技術(shù)要求，結(jié)合其工藝性能特點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)采用了VN微合金化+熱軋工藝。生產(chǎn)工藝流程如下：

轉(zhuǎn)爐冶煉→120×120(150×150) mm連鑄小方坯→熱(冷)裝→加熱爐加熱→半連續(xù)棒材機(jī)組軋制→步進(jìn)式冷床冷卻→定尺剪切→收集、打捆→計(jì)量、入庫。

3 影響抗震性能因素

3.1 成分的影響

生產(chǎn)初期，HRB500E的成分設(shè)計(jì)是在釩氮微合金化400 Mpa級鋼筋成分基礎(chǔ)上，為提高強(qiáng)度，僅提高了鋼中的V含量，成分控制見表1。但是實(shí)際生產(chǎn)中，由于鋼中V含量的增加對屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)要高于對抗拉強(qiáng)度，如果保持C和Mn含量不變的情況下，很容易造成強(qiáng)屈比的降低，甚至達(dá)不到1.25。另外，如果其強(qiáng)化元素C、Si、Mn及V含量同時(shí)處于上限值時(shí)，又會(huì)造成了抗震性能另一指標(biāo)屈標(biāo)比超出1.30的標(biāo)準(zhǔn)特征值。

3.2 加熱溫度的影響

表1 HRB500E化學(xué)成分控制 單位： %

為節(jié)約能源，本企業(yè)HRB500E熱軋帶肋抗震鋼筋生產(chǎn)通常采取了熱裝熱送方式。但由于生產(chǎn)銜接問題，不可避免地出現(xiàn)冷熱坯的混裝現(xiàn)象。由此造成鋼坯入爐溫度的不同，在加熱爐加熱時(shí)間一定的情況下，將直接影響到HRB500E鋼中V的固溶效果及軋后VN合金析出對鋼筋的強(qiáng)化能力[3]。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)：HRB500E方坯熱裝較冷裝其軋后平均屈服強(qiáng)度高約20 Mpa(抗拉強(qiáng)度約為16 Mpa)左右；冷熱坯混裝影響抗震性能合格率10%～15%。

3.3 規(guī)格效應(yīng)及尺寸公差的影響

由于鋼筋在軋制過程中壓縮比、尺寸公差控制及軋制節(jié)奏的影響，在同一成分、同一軋制狀態(tài)(主要是裝爐方式)控制條件下，φ25 mm以下小規(guī)格其屈服強(qiáng)度特征值要高于φ25 mm以上大規(guī)格平均20 Mpa～30 Mpa。另外，鋼筋生產(chǎn)采取負(fù)偏差軋制，而提高鋼筋負(fù)偏差率的方法一般是減少鋼筋的內(nèi)徑[4]。但是，鋼筋內(nèi)徑尺寸控制的波動(dòng)，也會(huì)直接造成鋼筋強(qiáng)度的波動(dòng)，特別是對于切分軋制的小規(guī)格影響更為顯著，據(jù)統(tǒng)計(jì)：在相同成分、工藝條件下，Φ12 mm～16 mm規(guī)格受負(fù)公差軋制影響，其強(qiáng)度通常降低約5 Mpa～10 Mpa左右。

4 工藝改進(jìn)優(yōu)化措施

4.1 優(yōu)化成分設(shè)計(jì)

國標(biāo)GB1499.2-2007對抗震鋼筋的要求：強(qiáng)屈比Rm/Rel≥1．25 、屈標(biāo)比Rel/500≤1．30。從強(qiáng)屈比看，Rm應(yīng)盡量高，Rel盡量低；從屈標(biāo)比看，Rel實(shí)際控制值應(yīng)在500 Mpa～650 Mpa。為此，通過對HRB500E抗震鋼筋生產(chǎn)過程中的跟蹤數(shù)據(jù)分析結(jié)果及實(shí)際生產(chǎn)控制水平，結(jié)合鋼筋實(shí)際生產(chǎn)中C、Si、Mn、V等強(qiáng)化元素對其抗震性能各值的貢獻(xiàn)大小及其規(guī)格效應(yīng)程度，進(jìn)行化學(xué)成分的優(yōu)化：(1) 增加C、Mn含量，降低V含量上限值；(2) 針對其規(guī)格效應(yīng)，根據(jù)規(guī)格大小進(jìn)行V含量的分檔軋制。(3) 適當(dāng)縮小成分控制范圍，即窄成分控制。優(yōu)化后成分見表2。

表2 HRB500E抗震鋼筋優(yōu)化后成分 單位： %

4.2 控制入爐方式，穩(wěn)定加熱溫度

針對裝爐方式對HRB500E鋼筋鋼坯加熱溫度的不同，在保持目前加熱爐加熱條件無法提升的情況下，通過加強(qiáng)生產(chǎn)計(jì)劃及產(chǎn)品訂單管理，在HRB500E抗震鋼筋生產(chǎn)時(shí)，鋼坯入爐方式統(tǒng)一為純冷裝或熱裝(鋼坯表面溫度≥300 ℃)不準(zhǔn)冷熱坯混裝；同時(shí)，適當(dāng)降低生產(chǎn)節(jié)奏，提高HRB500E鋼筋加熱爐加熱時(shí)間。即在滿足HRB500E鋼筋固溶溫度的前提下，還要確保充分的固溶時(shí)間，使鋼筋中的V得到有效的發(fā)揮，有利于改善鋼筋的抗震性能。

4.3 穩(wěn)定尺寸，控制鋼筋負(fù)差率

由于在力學(xué)性能檢測時(shí)鋼筋使用公稱尺寸截面積進(jìn)行計(jì)算，鋼筋實(shí)際尺寸大小對力學(xué)性能有直接的影響。因此要控制鋼筋尺寸與負(fù)差率均衡穩(wěn)定，以保證鋼筋性能的穩(wěn)定。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行HRB500E抗震鋼筋的料型優(yōu)化，減輕連軋機(jī)架間的拉鋼問題，減少鋼筋頭尾尺寸差。同時(shí)，對切分生產(chǎn)的小規(guī)格孔型進(jìn)行改進(jìn)，減少三線尺寸差，保證負(fù)差率穩(wěn)定。

5 取得效果

通過工藝的優(yōu)化及成分的完善，HRB500E熱軋帶肋抗震鋼筋其各規(guī)格綜合抗震性能合格率達(dá)到了99%以上(其各規(guī)格抗震性能水平見表3)，截止目前生產(chǎn)近一萬余噸，沒有出現(xiàn)過強(qiáng)屈服比不合格爐批。

表3 HRB500E抗震鋼筋優(yōu)化前后抗震性能指標(biāo)

6 結(jié)論

(1)生產(chǎn)實(shí)踐表明：通過優(yōu)化調(diào)整合金成分及分檔軋制工藝，使得HRB500E熱軋帶肋鋼筋抗震性能合格率得到穩(wěn)定提高，完全具備批量生產(chǎn)的能力。

(2)在優(yōu)化合金成分的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)煉鋼的窄成分控制及穩(wěn)定軋材尺寸精度是提高HRB500E抗震性能的關(guān)鍵，通過提高鋼中C、Mn含量，降低V含量，優(yōu)化軋鋼加熱爐裝爐方式，有利于提高HRB500E鋼筋的強(qiáng)屈比，近而提高其抗震性能合格率。

[1] 袁敏,喬湘麗,張銀生.HRB500E抗震鋼筋研制[J].現(xiàn)代冶金,2010(3):20-22.

[2] 王洪鋒，王耀山. 釩氮微合金技術(shù)在HRB500E開發(fā)中的應(yīng)用[J].甘肅冶金，2014，36(2)：32-35.

[3] 李勇山. 提高HRB500E螺紋鋼筋強(qiáng)屈比試驗(yàn)研究[J].江西冶金，2015，35(6)：5-7

[4] 劉金源，鐘壽軍. HRB500E 屈服強(qiáng)度偏低原因分析[J].江西冶金，2016，36(1)：18-21

PLODUCTION PROCESS AND PROPERTY OPTIMIZATION OF HRB 500E ANTI-SEISMIC REINFORCING BAR

Fan Yinping Li Jing Yang Chenli

(Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd.)

Based on strong flexor HRB500E high strength steel ratio control is difficult, the problem such as seismic performance qualified rate is low, through research and analysis the technical requirements and production characteristics, etc., and then take optimized alloy composition control, perfect management measures, such as rolling technology has achieved good result finally: seismic performance qualified rate increased to 99% from 80% before the process optimization.

HRB500E High strength ribbed steel bar Process optimization

銀平，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心；

2016-12-15