丁世磊

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

在國標(biāo)GB1499.2-2018《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》中，第一次提出了HRB500E 的概念，其一般是指熱軋帶肋鋼筋，要求具有一定抗震能力，且屈服強(qiáng)度不低于500Mpa，與普通鋼筋進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，HRB500E 熱軋帶肋鋼筋不僅具有更高的屈屈比、強(qiáng)屈比、塑韌性和強(qiáng)度，而且具有最大力總伸長率，在遭遇自然災(zāi)害時，可以拉長鋼筋從變形到斷裂的時間，進(jìn)而確保人們的生命財產(chǎn)安全。在開發(fā)HRB500E 熱軋帶肋鋼筋過程中，要求滿足強(qiáng)屈比≥1.25 的抗震要求，此時就需要對釩氮微合金化進(jìn)行研究。

1 HRB500E熱軋帶肋鋼筋概述

中國發(fā)明專利申請CN102876968a 對HRB500E 熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)工藝進(jìn)行了描述，其不僅調(diào)整了軋制前的加熱工藝，而且還優(yōu)化鋼筋的化學(xué)成分，從而生產(chǎn)出直徑為40mm 的鋼筋成品。在HRB500E 熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)過程中，可以通過調(diào)整和優(yōu)化化學(xué)成分的設(shè)計，來實現(xiàn)鋼筋的微合金化處理，而且通過對軋制前的加熱工藝進(jìn)行調(diào)整，也可以在鋼筋中強(qiáng)化釩氮合金的沉淀和細(xì)化晶粒作用，進(jìn)而使鋼筋的韌性、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等指標(biāo)得到有效提升，提高其抗震性能[1]。

2 工程介紹

南鋼棒材廠在研發(fā)HRB500E 熱軋帶肋鋼筋過程中采用了釩氮微合金化工藝，并實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，在市場中占據(jù)一定的份額。然而，在實際應(yīng)用過程中，其性能或多或少的存在不足，而且與邊緣爐次相比，強(qiáng)屈偏多，使HRB500E 熱軋帶肋鋼筋強(qiáng)屈比邊緣爐次累計超過了10%，致使大部分客戶都是因為鋼筋強(qiáng)屈比不理想而出現(xiàn)一系列的質(zhì)量問題，這就要結(jié)合實際情況來對HRB500E 熱軋帶肋鋼筋強(qiáng)屈比進(jìn)行改進(jìn)和完善，在提高其質(zhì)量的同時，滿足客戶的基本要求。

實際上，為了使HRB500E 熱軋帶肋鋼筋產(chǎn)品的性能得到改善，并提高其強(qiáng)屈比，下面將會對HRB335、HRB400E 與HRB500E 的強(qiáng)屈比、成分及力學(xué)性能進(jìn)行對比，并對其成分設(shè)計和冶煉工藝進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，這樣既可以滿足節(jié)約成本要求，而且還可以提高HRB500E 熱軋帶肋鋼筋的產(chǎn)品性能。

2.1 不同牌號鋼筋強(qiáng)屈比對比

通過對HRB335、HRB400E 與HRB500E 三種牌號鋼筋的強(qiáng)屈比進(jìn)行調(diào)查與統(tǒng)計得知其平均強(qiáng)屈比如圖1 所示。

圖1 不同牌號平均強(qiáng)屈比對比示意圖

在分析圖1 后可以發(fā)現(xiàn)，HRB335 的平均強(qiáng)屈比達(dá)到了1.5，是三類鋼筋中最高的，其次為HRB400E，而HRB500E 的平均強(qiáng)屈比僅為1.28 最低。

2.2 不同牌號鋼筋化學(xué)成分比較

通 過 對HRB335、HRB400E 與HRB500E 三 種 牌 號 鋼 筋 的化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)查與統(tǒng)計得到表1。通過對表1 進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，HRB335、HRB400E、HRB500E 三個牌號的熱軋帶肋鋼筋只有V含量具有一定的差異，但是化學(xué)成分基本一致。實際上，隨著V含量的增加，將會導(dǎo)致熱軋帶肋鋼筋強(qiáng)屈比降低，呈現(xiàn)出反相關(guān)，因此借助釩氮微合金化工藝可以有效改善熱軋帶肋鋼筋的強(qiáng)屈比[2]。

2.3 V、N 含量的影響

本次以規(guī)格相同的HRB400E、HRB500E 兩類熱軋帶肋鋼筋為例來對其平均化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行統(tǒng)計和對比，所得數(shù)據(jù)如表2 所示。

在 分 析 表2 中 的 數(shù) 據(jù) 后 得 知，RB400E 和HRB500E 的C、Mn、Si 含量比較接近，并且HRB500E 中V 的含量是HRB400E 的2.46 倍。同時與HRB400E 熱軋帶肋鋼筋相比，HRB500E 熱軋帶肋鋼筋的抗拉強(qiáng)度比提升了90MPa，屈服強(qiáng)度提升了106MPa，強(qiáng)屈比降低了0.1。此外，與HRB400E 相比，HRB500E 的屈服強(qiáng)度增加相對較多，而抗拉強(qiáng)度增加較少，這些是誘發(fā)HRB500E熱軋帶肋鋼筋強(qiáng)屈比降低的主要原因。

表1 HRB335、HRB400E、HRB500E 鋼筋化學(xué)成分比較

表2 HRB400E 與HRB500E 平均化學(xué)成分和力學(xué)性能對比

表3 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對比

表4 釩氮微合金化下鋼筋力學(xué)性能

2.4 優(yōu)化方案

雖然HRB500E 熱軋帶肋鋼筋的強(qiáng)屈比與軋制規(guī)格具備相關(guān)性，但是由于軋制過程中采用了固定的冷卻條件和壓縮比，致使調(diào)整存在一定的難度，此時可以從優(yōu)化成分設(shè)計和冶煉工藝著手來提高HRB500E 熱軋帶肋鋼筋的整體性能。

2.4.1 提高HRB500E 中氮含量

在HRB500E熱軋帶肋鋼筋中，V、N的固溶平衡公式如下所示。

式中：T 反映的是鋼筋實際溫度，單位用K 表示。

通過對公式（1）進(jìn)行分析得知，通過提高HRB500E 熱軋帶肋鋼筋中氮含量，能夠有效析出VN 或V（NC）化合物。此時可以通過優(yōu)化HRB500E 熱軋帶肋鋼筋的冶煉工藝，來使鋼中氮含量提升。轉(zhuǎn)爐冶煉工藝改進(jìn)前后所得到的對比數(shù)據(jù)如表3 所示。

通過分析表5 后得知，在對工藝進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)后，可以選擇用氮氬切換取代了氮氣，這樣不僅可以降低終點鋼水的氧化性，而且還可以使轉(zhuǎn)爐終點碳含量得到有效提高。同時，在對工藝進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)后，也會將脫氧劑使用量從以往的0.2kg/t 升高到了0.4kg/t。在其它合金料加入前，嚴(yán)禁添加釩氮合金；實際上，整個鋼包底吹氣體選擇了氮氣，并且在線底吹時間超過3min，這樣可以使HRB500E 熱軋帶肋鋼筋中平均氮含量提升至15×10-6。

2.4.2 優(yōu)化HRB500E 成分

由于HRB500E 熱軋帶肋鋼筋中V 的VN、V（NC）具有相對比較低的析出率，從而導(dǎo)致V 具有較低的利用率，此時可以在對轉(zhuǎn)爐冶煉工藝進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化后，來適當(dāng)?shù)南抡{(diào)V 含量，進(jìn)而滿足降低成本的效果。C 在鋼筋中屬于強(qiáng)化元素，每提升0.10%，將會使其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別提升120MPa 和90MPa，Mn的存在可以提高鋼筋中的固溶效果，每增加0.01%的Mn，將會分別提升其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度為1.3MPa 和1MPa，而且在V（CN）化合物析出階段，V 一般發(fā)揮著強(qiáng)化的作用，且每增加0.01%的V，將會使其屈服強(qiáng)度提升1MPa。

2.5 試驗結(jié)果

2.5.1 力學(xué)性能

在HRB500E 熱軋帶肋鋼筋中，通過釩氮微合金化作用可以使鋼筋力學(xué)性能得到改善，如表4 所示。各項性能指標(biāo)均符合GB/T 1499.2-2018 要求，不僅強(qiáng)屈比富余量充足，而且力學(xué)性能穩(wěn)定，性能合格率達(dá)到了100%。通過對表4 進(jìn)行分析得知，試驗鋼屈服強(qiáng)度平均值為537MPa，強(qiáng)屈比平均值為1.31，最大力總延伸率平均值為12.0。

2.5.2 不同規(guī)格強(qiáng)屈比分布

在HRB500E 熱軋帶肋鋼筋穩(wěn)定生產(chǎn)后，通過對其不同規(guī)格強(qiáng)屈比分布情況進(jìn)行統(tǒng)計得到的結(jié)果如表5 所示。

表5 工藝成分調(diào)整后HRB500E 鋼筋分規(guī)格的強(qiáng)屈比

通過對表5 進(jìn)行分析得知，優(yōu)化成分設(shè)計和冶煉工藝后，對于HRB500E 熱軋帶肋鋼筋而言，將會導(dǎo)致其強(qiáng)屈比邊緣比例下降，詞匯就需要將分規(guī)格強(qiáng)屈比邊緣比例盡可能控制在1%左右，這樣既可以提升產(chǎn)品的強(qiáng)屈比，而且還可以提高市場滿意率。

3 結(jié)語

綜上所述，在HRB500E 熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)過程中，可以通過優(yōu)化HRB500E 的化學(xué)成分和合金料的加入順序來提高鋼中的氮含量，同時也可以提高鋼中的C、Mn 含量，進(jìn)而有效降低釩氮合金的加入量，使[V]/[N]接近理想值，在降低生產(chǎn)成本的同時，可以有效提高HRB500E 熱軋帶肋鋼筋產(chǎn)品性能。