杜國(guó)權(quán)，周大偉，邱達(dá)全，王 林

(四川省達(dá)州鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 達(dá)州 635002)

在新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施前，為降低鋼筋生產(chǎn)過(guò)程中的合金成本，同時(shí)滿足鋼筋強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)建筑鋼筋生產(chǎn)企業(yè)均是采用軋后強(qiáng)穿水工藝來(lái)提高強(qiáng)度。該強(qiáng)穿水工藝最大的缺點(diǎn)在于鋼筋會(huì)有較大的時(shí)效性，且鋼筋表面會(huì)形成回火馬氏體組織，嚴(yán)重影響鋼筋的焊接性。2018年9月，為適應(yīng)新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1499.2-2018《鋼筋混凝土用鋼 第二部分：熱軋帶肋鋼筋》中提出鋼筋的金相組織應(yīng)主要為鐵素體加珠光體，基本上不應(yīng)出現(xiàn)回火馬氏體組織的要求，需要各生產(chǎn)企業(yè)取消原有的強(qiáng)穿水生產(chǎn)工藝，通過(guò)配加適量的合金來(lái)提高鋼筋的強(qiáng)度。但這會(huì)大幅度增加鋼筋的合金成本。為降低生產(chǎn)成本，達(dá)鋼公司組織了大規(guī)模的試驗(yàn)攻關(guān)，最終確定了煉鋼采用鈮鐵配加釩氮合金工藝，結(jié)合軋后采用微穿水工藝的生產(chǎn)方案，經(jīng)公司內(nèi)部檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)完全符合GB/T1499.2-2018標(biāo)準(zhǔn)的要求。該工藝相比傳統(tǒng)的全部配加釩氮合金工藝，降低合金成本約150元/噸鋼。

1 生產(chǎn)工藝及設(shè)備

1.1 生產(chǎn)工藝流程

主要工藝流程：80噸氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→吹氬→連鑄→熱送→加熱→軋制→控溫軋制→步進(jìn)式冷床→冷剪→成品檢驗(yàn)→收集、打包→稱(chēng)重→吊牌→入庫(kù)。

1.2 主要設(shè)備

80噸氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐2座，全弧形R9m 6機(jī)6流連鑄機(jī)2套，16架平一立交替布置全連軋生產(chǎn)線。軋鋼生產(chǎn)線的控制冷卻設(shè)備為為二段橫移小車(chē)式，總有效長(zhǎng)度18.80米。

2 微合金化的特性

隨著新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，建筑鋼筋采用微合金化生產(chǎn)工藝將逐步代替原有的軋后余熱處理技術(shù)，微合金化的目的是在鋼水中加入少量的合金元素(如Nb、V、Ti等)來(lái)改善鋼材的綜合性能。

Nb、V微合金化的作用機(jī)理為：在鋼水冶煉后加入微合金元素，在鑄坯中形成細(xì)小的碳、氮化物或碳氮化合物，釘扎在晶界處。在軋鋼加熱爐再次加熱過(guò)程中，阻止奧氏體晶粒的過(guò)分長(zhǎng)大，在軋制過(guò)程中和軋后冷卻過(guò)程中又延緩再結(jié)晶奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，最終表現(xiàn)出以晶粒細(xì)化和沉淀、析出強(qiáng)化為主對(duì)鋼進(jìn)行強(qiáng)韌化處理。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)建筑鋼筋的企業(yè)一般采用釩微合金化處理。

2.1 釩元素的主要作用

V在鋼中具有較高的溶解度，V與鋼中的氮具有較強(qiáng)的親和力，可以固定鋼中的氮。V與C和N結(jié)合形成V(C，N)化合物，通過(guò)形成的V (C，N)化合物來(lái)影響鋼的組織和性能，主要體現(xiàn)在奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，起到沉淀強(qiáng)化的作用，在軋制過(guò)程中能抑制奧氏體的再結(jié)晶并阻止晶粒長(zhǎng)大，從而起到細(xì)化鐵素體晶粒、提高鋼的強(qiáng)度和韌性[1]。鋼中V的加入量一般在0.03%～0.12%之間。

2.2 鈮元素的主要作用

Nb的完全固溶溫度較高，且Nb原子比鐵原子尺寸大，Nb在鋼中可以形成NbC或NbN等間隙中間相。在再結(jié)晶過(guò)程中，因NbC、NbN對(duì)位錯(cuò)的釘扎及對(duì)亞晶界的遷移進(jìn)行阻止作用，從而大大增加了再結(jié)晶的時(shí)間和奧氏體再結(jié)晶溫度，從而通過(guò)細(xì)化奧氏體晶粒來(lái)達(dá)到提高強(qiáng)度的目的[2]。微量的Nb可以使鋼材得到較好的綜合性能，但當(dāng)Nb含量大于0.03%時(shí)，多余的Nb對(duì)鋼的強(qiáng)化作用不明顯或不再有強(qiáng)化作用。

3 試驗(yàn)過(guò)程

一直以來(lái)，達(dá)鋼均是采用單一的釩微合金化工藝生產(chǎn)建筑鋼筋，但近期隨著釩氮合金的價(jià)格一路走高，且出現(xiàn)了供不應(yīng)求的現(xiàn)象。本次攻關(guān)試驗(yàn)在HRB400小規(guī)模上進(jìn)行(3爐)試驗(yàn)，煉鋼工序在最大限度增C、增Mn的基礎(chǔ)上，配加不同種類(lèi)的合金元素，結(jié)合軋制過(guò)程采用控冷工藝，確保鋼筋的金相組織主要為鐵素體加珠光體，基本上不出現(xiàn)回火馬氏體組織的要求的前提下，最終達(dá)到試驗(yàn)鋼筋合格且合金成本較低的目的。

3.1 HRB400試驗(yàn)鋼的成分設(shè)計(jì)

為降低合金成本，采用全鈮和釩鈮復(fù)合工藝的試驗(yàn)方案。成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

全鈮試驗(yàn)鋼化學(xué)成分見(jiàn)表2。

釩鈮復(fù)合工藝試驗(yàn)鋼化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表1 成分設(shè)計(jì)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 全鈮工藝鋼水成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表3 釩鈮復(fù)合工藝鋼水成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

3.3 軋鋼工序控制

一般情況下，加熱溫度控制為1100～1250 ℃，開(kāi)軋溫度1050 ～1150 ℃, 終軋溫度1050 ～1160 ℃，軋后采用控制冷卻工藝，可改善鋼筋表面質(zhì)量，上冷床溫度950～980 ℃左右。控制冷卻工藝參數(shù)：總管水壓1.5～1.65 MPa，各線控制閥開(kāi)啟度50%～70%，軋制速度為11.0～14.0 m/s。

3.4 物理性能及金相組織

采用全鈮鐵工藝的鋼筋的力學(xué)性能及金相組織見(jiàn)表4。從表4看出，屈服強(qiáng)度平均為470 MPa，抗拉強(qiáng)度平均為646 MPa，雖均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，但此3爐試驗(yàn)鋼存在屈服不明顯的問(wèn)題，有30%的試樣屈服平臺(tái)不明顯，有兩根試樣無(wú)屈服。同時(shí)部分爐次的金相組織中含貝氏體組織，含量達(dá)到20%-30%(60586爐次的金相圖見(jiàn)圖1、2)。

表4 全鈮鐵工藝的鋼筋的力學(xué)性能及金相組織(φ16 mm)

圖1 60586爐二分之一半徑

圖2 60586爐邊緣

采用釩鈮復(fù)合工藝的鋼筋的力學(xué)性能及金相組織見(jiàn)表5。從表5看出，屈服強(qiáng)度平均為460 MPa，抗拉強(qiáng)度平均為630 MPa，且有屈服的平臺(tái)，金相組織均為鐵素體+珠光體(60583爐見(jiàn)圖3和圖4)，全部達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)鈮對(duì)鋼材具有較好的強(qiáng)化效果，能顯著提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，間接增加了抗震鋼筋要求的強(qiáng)屈比指標(biāo)。

(2)鈮微合金化后，鋼材的組織中很容易出現(xiàn)貝氏體組織，會(huì)導(dǎo)致屈服不明顯甚至無(wú)屈服的現(xiàn)象。特別是小規(guī)格鋼筋(Ф16 mm及以下)，由于冷卻速度過(guò)快，表面更容易出現(xiàn)貝氏體。

(3)釩鈮復(fù)合微合金化，V充分地溶解到鋼水中，鋼筋的屈服、抗拉性能均有提升，適當(dāng)加入的Nb，不僅能起到細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度的作用，還能替代釩氮合金的用量，從而達(dá)到降低合金成本的目的。

(4)摸索和掌握煉鋼微合金種類(lèi)和合金量，與軋鋼實(shí)施有效的控溫控軋手段相結(jié)合，是后繼煉、軋工序工作的重點(diǎn)，也是降低生產(chǎn)成本的有效方法。

表5 釩鈮復(fù)合工藝的鋼筋的力學(xué)性能及金相組織(φ16 mm)

圖3 60583爐中心 圖4 60583爐邊緣