張存旺，徐兵偉，張聯(lián)兵

（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司生產(chǎn)技術(shù)處，山西 長(zhǎng)治 046031）

由于HRB500E是GB/T 1499.2—2018中強(qiáng)度級(jí)別最高的抗震鋼筋，因其需要具備較高的屈服強(qiáng)度，同時(shí)兼?zhèn)?.25以上的強(qiáng)屈比，是目前國(guó)標(biāo)螺紋鋼中工藝控制難度最大的牌號(hào)。2020年以來(lái)，隨著山西及周邊市場(chǎng)對(duì)HRB500E鋼筋需求量的增大，HRB500E鋼筋開(kāi)始批量生產(chǎn)，但在生產(chǎn)中出現(xiàn)了強(qiáng)屈比初驗(yàn)不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，雖然在復(fù)驗(yàn)后大部分產(chǎn)品達(dá)到合格，卻也影響了正常生產(chǎn)和發(fā)貨。為解決HRB500E鋼筋批量生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，開(kāi)展了對(duì)鈮釩復(fù)合HRB500E鋼筋的研制。

1 生產(chǎn)工藝控制

首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司（全文簡(jiǎn)稱首鋼長(zhǎng)鋼公司）生產(chǎn)帶肋鋼筋的主要設(shè)備包括2座1 080 m3高爐、3座80 t轉(zhuǎn)爐、3臺(tái)小方坯連鑄機(jī)和新建100萬(wàn)t棒材及高速棒材軋鋼產(chǎn)線，其主要工藝流程為：高爐鐵水→80 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→脫氧合金化→連鑄澆注→鋼坯檢驗(yàn)→鋼坯加熱→粗軋機(jī)組→中軋機(jī)組（機(jī)間控冷）→預(yù)精軋機(jī)組（機(jī)后控冷）→精軋機(jī)組（機(jī)后控冷）→冷床→剪切、檢驗(yàn)等。

1.1 成分設(shè)計(jì)

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)[1]。因此，在HRB500E原化學(xué)成分基礎(chǔ)上減少w（V），同時(shí)增加適量的鈮替代原有的釩元素，鈮釩復(fù)合鋼筋成分控制要求如表1所示。

表1 鈮釩復(fù)合鋼筋成分控制要求 %

1.2 煉鋼工藝

終點(diǎn)控制：終點(diǎn)溫度為1 650~1 680℃，終點(diǎn)w（C）為0.07%~0.15%，w（P）≤0.030%、w（S）≤0.035%。

合金加入：出鋼加完硅鐵、硅錳合金后，加入釩氮合金和鈮鐵（最后加入鈮鐵）。

精煉方式：采用LF鋼包精煉，造渣料使用精煉渣、白灰、螢石，爐渣堿度2.0~3.0，w（FeO+MnO）≤3%。根據(jù)進(jìn)站鋼水w（S），加入適量硅鐵粉進(jìn)行脫氧脫硫。精煉結(jié)束后進(jìn)行吹氬操作，軟吹時(shí)間為10~15 min。

連鑄：Nb、V復(fù)合微合金化鋼高溫塑性低谷區(qū)為950～1 100℃[2]，拉矯溫度應(yīng)避開(kāi)塑性低谷區(qū)。中包溫度為1 520~1 550℃，拉速為1.8~2.5 m/min；結(jié)晶器水量為120~160 m3/h。二冷比水量為1.5 L/kg；拉矯溫度為850~950℃。通過(guò)結(jié)晶器水量、二冷水量、拉速和拉矯溫度控制，鋼坯表面未出現(xiàn)裂紋和其它缺陷。

1.3 軋鋼工藝及力學(xué)性能

1.3.1 高棒區(qū)

首鋼長(zhǎng)鋼公司高速棒材生產(chǎn)線為棒線復(fù)合生產(chǎn)線，棒材產(chǎn)線軋機(jī)區(qū)共有22架軋機(jī)，呈全連續(xù)布置，粗軋、中軋、預(yù)精軋與高線產(chǎn)線共用，精軋機(jī)組采用4架頂交45°無(wú)扭軋機(jī)。

未完全固溶的碳氮化鈮在加熱時(shí)可阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在軋制時(shí)可以阻止奧氏體的再結(jié)晶，從而促進(jìn)鐵素體形核，達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化的目的。因此，為提高鈮的固溶度，同時(shí)防止奧氏體晶粒粗化，確定鋼坯的加熱時(shí)的最佳溫度范圍為1 100～1 150℃[3]。高棒區(qū)域開(kāi)軋溫度、上冷床溫度控制情況如表2所示。

表2 高棒區(qū)鈮釩復(fù)合鋼筋工藝控制情況

對(duì)采用鈮釩復(fù)合工藝批量生產(chǎn)的鋼筋與采用釩氮合金工藝的鋼筋進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品化學(xué)成分和力學(xué)性能對(duì)照如表3所示。

從表3可知，采用鈮釩復(fù)合工藝后，鋼筋的抗拉強(qiáng)度略高于釩氮合金，屈服強(qiáng)度略低于釩氮合金，強(qiáng)屈比提高0.03，消除了強(qiáng)屈比初驗(yàn)不合格現(xiàn)象。采用鈮釩復(fù)合工藝后，由于鈮元素的存在，使CCT曲線右移，且鈮元素具有推遲鐵素體相變作用，可提高珠光體比例，使抗拉強(qiáng)度增加。同時(shí)，由于加入鈮后，釩氮合金相對(duì)減少，從而降低了釩氮合金析出強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化效果，屈服強(qiáng)度略有下降。

表3 高棒區(qū)鈮釩復(fù)合鋼筋力學(xué)性能

1.3.2 棒材區(qū)

首鋼長(zhǎng)鋼公司100萬(wàn)t棒材生產(chǎn)線采用爐內(nèi)輥道側(cè)進(jìn)側(cè)出、雙蓄熱步進(jìn)梁式連續(xù)加熱爐，軋機(jī)區(qū)共有18架軋機(jī)，呈平立交替布置，分為粗軋、中軋、精軋三個(gè)機(jī)組，每個(gè)機(jī)組由6架軋機(jī)組成。棒材區(qū)域開(kāi)軋溫度、上冷床溫度與高棒產(chǎn)線相同，鋼筋力學(xué)性能對(duì)照如表4所示。與棒材產(chǎn)線情況類似，強(qiáng)屈比提高了0.02。

表4 棒材區(qū)鈮釩復(fù)合鋼筋力學(xué)性能

2 金相組織及力學(xué)性能曲線

2.1 金相組織

選取20 mm規(guī)格HRB500E鋼筋對(duì)釩氮合金和鈮釩復(fù)合鋼筋進(jìn)行金相對(duì)比分析，金相組織如圖1所示。鋼材金相組織均為鐵素體和珠光體組織，未出現(xiàn)貝氏體組織，晶粒度均為9.5級(jí)。從晶粒均勻性看，鈮釩復(fù)合的晶粒大小更為均勻。

圖1 HRB500E鋼筋釩氮合金與鈮釩復(fù)合金相組織

2.2 力學(xué)性能曲線

選取棒材區(qū)域的20 mm規(guī)格HRB500E鋼筋進(jìn)行拉力試驗(yàn)，得到的拉力試驗(yàn)曲線具有明顯的屈服平臺(tái)（見(jiàn)圖2）。棒材及高棒所有規(guī)格的試驗(yàn)曲線均與之相似，屈服平臺(tái)明顯，與金相組織結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

圖2 20 mm鈮釩復(fù)合HRB500E鋼筋拉力試驗(yàn)曲線

3 應(yīng)用效果

HRB500E采用鈮釩復(fù)合工藝后，不同產(chǎn)線鋼筋的強(qiáng)屈比均有所提高，未出現(xiàn)強(qiáng)屈比不合格現(xiàn)象，解決了初驗(yàn)不合格導(dǎo)致的不能及時(shí)發(fā)貨問(wèn)題和復(fù)驗(yàn)不合格性能判廢問(wèn)題。

4 結(jié)論

1）HRB500E鋼筋采用部分鈮鐵代替釩氮合金后，不同產(chǎn)線鋼筋強(qiáng)屈比指標(biāo)均有改善，高棒產(chǎn)線12~16mm規(guī)格的強(qiáng)屈比提高0.03，棒材產(chǎn)線18~32 mm規(guī)格的強(qiáng)屈比提高0.02，解決了強(qiáng)屈比初驗(yàn)不合格問(wèn)題。

2）生產(chǎn)HRB500E鋼筋時(shí)，添加w（Nb）=0.01%~0.03%，采用合適的冷卻工藝，鋼材金相組織均為鐵素體+珠光體，未發(fā)生貝氏體的異常組織轉(zhuǎn)變，沒(méi)有出現(xiàn)鋼筋無(wú)屈服現(xiàn)象。