淺析英標、加標、美標螺紋鋼的開發(fā)與生產(chǎn)

劉艷明 （天鐵軋二制鋼有限公司進出口部，天津 300400)

淺析英標、加標、美標螺紋鋼的開發(fā)與生產(chǎn)

劉艷明 （天鐵軋二制鋼有限公司進出口部，天津 300400)

天鐵軋二制鋼有限公司于2004年前后成功研制開發(fā)了英標BS4449—1988 GR 460級別鋼筋、符合加拿大CSA G30.18-M92標準要求的400W級別鋼筋及符合美國ASTMA615 GR 60級別鋼筋。對以上標準的化學成分、外形尺寸、技術要求上的異同和特點進行了分析對比，指出了鋼坯采購的化學成分要求差別，及軋鋼工藝對性能的影響，為今后生產(chǎn)多種標準的鋼材提供了依據(jù)。

加標 美標 英標 鋼筋 力學性能 化學成分 外形尺寸 對比

1 前言

自2004年以來，國際市場鋼材價格及需求大幅攀升，中國鋼材市場逐漸由進口型轉化出口型。而國內鋼材市場價格低迷。時值我公司成功完成連續(xù)棒材生產(chǎn)線的升級改造，我公司憑借自1965起生產(chǎn)建筑用螺紋鋼筋的多年經(jīng)驗和專業(yè)技術人員專業(yè)技術，成功針對不同國際市場需求研發(fā)了BS4449 GR 460級英標螺紋、ASTM A615 GR 60級美標螺紋及CAN/CSA-G30.18-M92 400W級加標螺紋鋼生產(chǎn)。2004—2008年期間成功向國際不同地區(qū)出口英標、美標、加標合格螺紋鋼筋百余萬噸，成功地抓住了市場契機，占領了國際市場。

BS4449 GR 460級英標螺紋、ASTM A615 GR 60級美標螺紋及CAN/CSA-G30.18-M92 400W級加標螺紋鋼與我國GB1499—1998的HRB 400鋼筋類級別相似，同時適應了國際建筑業(yè)使用高強度熱軋鋼筋提高建筑物的安全性、經(jīng)濟性、環(huán)保性的趨勢。但標準之間又各有不同。我公司對3種標準產(chǎn)品進行開發(fā)生產(chǎn)，均取得了成功。

2 BS G460、ASTM G60、CSA 400W 的技術要求及技術特點

2.1 化學成分與碳當量

BS4449 GR 460級鋼筋的化學成分和碳當量要求見表1。

ASTM A 615 G60級鋼筋對化學成分沒有做具體要求，只要求對每爐鋼進行化學分析，應測定鋼中的表1 BS G460化學成分（熔煉成分) /≤%碳、錳、磷和硫的百分比含量。所測得的磷含量應不大于0.006%，用戶對成品鋼筋測得的磷含量不大于上述規(guī)定的25%。

C S P N C當量 Ceq 0.25 0.050 0.050 0.012 0.51注：如果化學成分最小鋁含量為0.02%，或有其他足夠的氮結合元素時，氮的最大值不適用;發(fā)出的證書通常不標出氮;碳當量值 =C+Mn/6+（Cr+Mo+V)/5+（Ni+Cu)/15

CAN/CSA-G30.18-M92 400W級鋼筋的化學成分及碳當量要求見表2。表2 CAN/CSA-G30.18-M92 400W化學成分 /≤%

C Si Mn P S C當量Ceq 0.30 0.50 1.60 0.035 0.045 0.55注：碳當量=C+Mn/6+Cu/4-0+Ni/20+Cr/10-Mo/50-V/10

2.2 力學性能和工藝性能

BS4449 GR 460級鋼筋的力學性能和工藝性能見表3。

ASTM A 615 G60級鋼筋的力學性能和工藝性能見表4。

CSA 400W級鋼筋的力學性能和工藝性能見表5

2.3 尺寸

BS4449 GR 460中對鋼筋中筋的高度、方向等具體外形尺寸未作特別規(guī)定。

ASTM A 615 G 60和CSA 400W對橫肋要求基本相同：

表3 BS GR460力學性能和工藝性能

表4 ASTM A615 G 60力學性能與工藝性能

表5 CAN/CSA-G30.18-M92 400W力學性能與工藝性能

（1) 沿鋼筋長度方向分布均勻，相對面橫肋尺寸形狀基本相同。

（2) 肋與鋼筋軸線夾角不小于45°。當該角度為45°～70°時，相對面的肋在方向上應相反;當該角大于70°時，相對面肋的方向可以不相反。

（3) 每面平均肋間距不得大于公稱直徑的0.7倍。（4) 肋全長應確保相對肋的末端間距不大于公稱周長的12.5%,如橫肋末端終止于縱肋，則縱肋寬度視為間隙。當縱肋超過2條時，所有縱肋之和不得大于公稱周長的25%，而且間隙之和亦不得大于公稱周長的25%，公稱周長為公稱直徑的3.14倍。

2.4 BS GR 460 、ASTM A 615 GR 60、CSA 400W 對比的各自特點

2.4.1 化學成分對比

英標螺紋標準BS4449 GR 460中除對P元素的上限有要求外，沒有具體規(guī)定其他合金元素及成分范圍。

美標螺紋標準ASTM A 615 G60也只對C、P、S上限提出限制并要求Ceq≤0.51%，沒有對其他合金元素和成分范圍作出規(guī)定。

而加標螺紋標準CSA 400W 除對C、P、S作出要求外，相對合金元素Si、Mn作出上限要求Si≤0.50%、Mn≤1.60%，但相對于英標、加標對Ceq上限要求有所放寬，只要求Ceq≤0.55%。

綜上所述，加標對螺紋鋼的化學要求最為嚴格，英標次之，而美標最為寬松，但美標對力學性能抗拉要求較高，對實際原料的成分選擇應更為精準。

2.4.2 力學性能對比

BS 4449 GR 460B要求屈服強度σs≥460 MPa，為三個標準中最高，抗拉強度σb在460B中要求最為嚴格，只有 σb≥1.08σs，延伸率 δ≥12%。

ASTM A 615 G 60要求 σs≥420 MPa，σb ≥620，針對不同的鋼筋直徑δ要求不同，其中10#～19#要求δ≥9%;22#、25#要求 δ≥8%;29#～47#要求 δ≥7%。

CSA 400W對屈服強度的要求既有上限又有下限，σs為 400～525 MPa?？估瓘姸?σb≥540 MPa，且σb/σs≥1. 15;延伸率根據(jù)鋼筋直徑不同，10 M～25 M≥13%，30M～55M ≥12%。

綜上所述，英標對屈服強度要求最高（460 MPa)，但抗拉強度要求較低，美標對屈服強度要求居中（420 MPa)，但對抗拉強度（620 MPa)要求較高;加標對屈服強度要求最低（400 MPa)，但其還有上限限制不能超過525 MPa，抗拉強度要求在540 MPa以上，且強屈比≥1.15。相對而言，加標對力學性能要求限制最為嚴格，美標抗拉強度要求最高，英標對屈服強度要求最高。

2.4.3 冷彎和反彎性能

傳統(tǒng)的國內考核測試，由于它涉及到試卷命題的組織，打印試卷，考試流程安排，集體閱卷等諸多方面，考試組織時間很長，效率不高;人為閱卷等主觀因素，對考試公平也造成了一定程度上的影響。傳統(tǒng)的考試方式已經(jīng)無法滿足高校教育教學的客觀要求。

BS 4449 GR 460對冷彎和反彎要求最為嚴格。冷彎彎曲角度最大為180°，彎芯直徑最小，不分規(guī)格一律為鋼筋直徑的3倍。BS 4449英標中對冷彎的角度、彎芯半徑及在再反彎角度都做出了詳細規(guī)定。

ASTM A 615 G60冷彎要求根據(jù)鋼筋直徑增大，彎芯直徑增大，彎曲要求降低。10#～16#鋼筋彎芯半徑為鋼筋的3.5倍，19#～25#鋼筋彎芯半徑為鋼筋半徑的5倍;29#～36#鋼筋彎芯半徑為鋼筋半徑的7倍，以上牌號彎曲角度為180°;43#～57#鋼筋彎芯半徑為鋼筋半徑的9倍，且彎曲角度為90°。ASTM A 615 G60對反彎未做要求。

CSA 400W冷彎要求彎曲直徑全部為180°，彎芯直徑隨鋼筋規(guī)格增大而增加，彎曲要求降低。10M、15M彎芯直徑為鋼筋直徑的3倍;20M、25M為其4倍;30M、35M為其 6倍;45M、55M為其 8倍。CSA 400W對反彎未做要求。

2.4.4 碳當量

BS 4449 GR 460對碳當量上限在3種標準中，最高為0.51%，加標400W為0.55%，而美標未作要求。相對于國內HRB400級鋼筋，此3種標準對碳當量要求皆低，但強度要求更高，這對試制改造提出了更高要求。

2.4.5 交貨狀態(tài)

以上3種標準均未對鋼筋的交貨狀態(tài)提出要求，所以可以是熱軋狀態(tài)，也可以是預熱處理狀態(tài)。這為我們進行穿水預熱處理工藝軋制提供了可能，大大降低了成本。

2.4.6 外形尺寸與尺寸公差

英標BS GR 460中未對鋼筋外形尺寸進行明確規(guī)定，而美標ASTM和加標CSA對鋼筋肋的尺寸要求相當詳細且基本一致，但英標、美標、加標鋼筋的公稱直徑尺寸各不相同。這就要求我們在這3種螺紋的外形設計上要分別進行，且與國標GB1449—1998相比都更為嚴格。

3 BS G 460、A STM A 615 GR60、CSA 400W 的生產(chǎn)試制

3.1 生產(chǎn)工藝流程與主要設備特點[1]

天鐵軋二公司生產(chǎn)英標BS 460、美標ASTM A615 G60和加標CAS 400W的主要工藝流程為：

冷鋼坯（上料)→稱重、測長→再加熱→粗軋→剪切→中軋→剪切→精軋→軋后余熱處理→倍尺分段→冷床冷卻→冷飛剪定尺→精整工序。

天鐵軋二公司為調坯軋材生產(chǎn)企業(yè)，我公司根據(jù)不同產(chǎn)品標準按照鋼坯化學成分要求采購鋼坯，在全連軋生產(chǎn)線進行軋制。天鐵軋二公司于2002年引進意大利波米尼公司全連軋生產(chǎn)線，成品最高線速度18 m/s，年產(chǎn)量 70 萬 t。

加熱爐為步進梁式側進側出料蓄熱式加熱爐，燃料為天然氣，有效面積20 m×12.76 m,加熱能力130 t/h。此種加熱爐熱效率高，鋼坯環(huán)氧燒損少且節(jié)能、環(huán)保。加熱原料為150 mm×150 mm×6 000 mm和150 mm×150 mm×12 000 mm。

全線共18架平/立布置機組，分為粗、中、精軋機3組，每組各6架，全線無扭轉。第14、16、18架軋機為平立可轉換機架，以幫助實現(xiàn)帶肋鋼筋切分生產(chǎn)工藝的最佳化。軋機全部為紅圈軋機（二輥短應力線軋機)。?18及以上規(guī)格采用單線軋制，?16及以下規(guī)格采用切分軋制。1～10架軋機為微張力軋制，10～18架為立活套控制（切分時末兩架也采用活套軋制)，實現(xiàn)無張力軋制，保證產(chǎn)品尺寸精度，產(chǎn)品尺寸偏差可達到1/3 DIN標準公差范圍的水平。

3.2 根據(jù)英標BS 4449 GR 460B、美標ASTM A 615 G60、加標CAS 400W的技術要求、化學成分要求及其對交貨狀態(tài)沒有要求，我公司憑借長期生產(chǎn)經(jīng)驗，采用 HRB 335（20MnSi)的基本成分，控制 C、Mn、Si含量符合各標準要求，采用穿水技術提高鋼筋的屈服強度與抗拉強度，使鋼材的延伸性及可焊性得到保持，以達到各標準的各項技術要求。由于美標ASTM A 615 GR 60對鋼坯化學成分未作要求，為降低采購成本，提高生產(chǎn)兼容性，選擇英標、美標購置鋼坯化學成分見表6，加標鋼坯化學成分見表7。

3.3 軋制[2]

考慮到英標 BS4449 GR 460B、美標ASTM A 615 G 60及CSA對交貨狀態(tài)并無要求，故3種標準的軋制均采用穿水系統(tǒng)進行余熱處理軋制，并根據(jù)力學性能與化學成分要求類似，結合加熱溫度、軋制速度、水量控制、水壓控制等多種工藝參數(shù)的控制，在棒材精軋結束后進行穿水冷卻淬火，結合百米冷床自回火，能夠達到甚至超過HRB335鋼坯中加入V、Nb等微合金鋼熱軋后的機械性能?？紤]到軋制溫度和軋制速度對奧氏體晶粒大小的影響，即對鋼材合格率的影響，經(jīng)過大量實驗數(shù)據(jù)分析考綜合慮在加熱爐、軋機、穿水設備的軋制速度、冷卻水量、水壓等多種因素及試驗資料，從加熱溫度與合格率的關系中得出各標準（英標BS 4449 GR 460、美標ASTM A 615 G60、CSA400W)鋼坯的最佳加熱爐各段溫度，見表8。

表7 CAN/CSA-G30.18-M92 400W鋼坯化學成分/%

表6 BS 4449 GR 460、ASTM A 615 G60鋼坯化學成分/%

表8 鋼坯加熱溫度 /℃

考慮到鋼筋尺寸不同，軋制速度與溫度對其再結晶程度的影響不同，從多次的生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)中結合相應的軋制溫度、水溫及水壓，選擇合適的軋制速度。英標、美標、加標的終軋速度應根據(jù)軋制尺寸的不同分別設定。

軋件在穿水過程中的水冷與穿水結束后空冷的熱交換方式不同，但對軋件的溫度都有影響。我公司的穿水設備采用穿流管內水冷，并且軋件在出穿流管后，在百米長的冷床上自然空冷。這樣既具有水冷的快速性、高效性，又具有軋件空冷的內部相變的均勻性。實際生產(chǎn)時應根據(jù)不同的標準要求及鋼材尺寸設定不同的水壓與水量等參數(shù)。

4 結論及建議

4.1 通過對英標BS4449 GR 460、美標ASTM A 615 G60、加標CSA 400W等3種標準類似級別標準的分析對比，使我公司能將這3種相似級別的鋼筋生產(chǎn)及鋼坯采購歸為同一系列，鋼坯采購可以采用同一化學成分要求，只是加標中對Si的含量控制更為嚴格，這樣3種標準產(chǎn)品原料可以通用;盡量減小生產(chǎn)控制參數(shù)差異，提高軋制工藝的兼容性，便于不同標準產(chǎn)品穿插進行;降低對不同標準的合同訂單的起訂量要求，降低采購成本、生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品國際競爭力。

4.2 在工業(yè)生產(chǎn)條件下，采用對HRB335原料進行調整及穿水余熱處理，通過選擇合適的加熱溫度、軋制速度、冷卻水量、冷卻水壓等工藝參數(shù)可以實現(xiàn)鋼筋的組織結構變化，使鋼筋的屈服強度比熱軋20MnSi鋼筋提高100～150 MPa。從力學性能上能夠滿足英標BS 4449 GR 460、美標ASTM A 615 G60及加標CSA 400W對屈服強度的要求。

4.3 采用鋼筋穿水冷卻技術生產(chǎn)的BS 4449 GR 460、ASTM A 615 G60及CSA 400W級鋼筋能夠達到英標、美標及加標對屈服強度、抗拉強度、冷彎及反彎的要求，也能保證各標準對延伸及焊接的要求。對比在HRB335鋼坯中中加入V或者Nb等合金元素以提高機械性能的方法，其成本大大降低，極大增強了我公司國際市場的競爭力，取得了較高的經(jīng)濟效益。

4.4 采用穿水冷卻后會造成鋼筋時效下降、冷彎性能不合格、焊接過程中強度出現(xiàn)波動等問題。通過采取提高內控標準、選擇合理水流量、水壓力等措施，精細化軋制參數(shù)控制可以有效控制上述問題，達到各項標準的技術要求。

[1]劉艷明，楊繼偉.連續(xù)棒材生產(chǎn)線工藝設計介紹[J].天津冶金，2004（4)：47-48.

[2]王友銘，李曼云，韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993：1-3.

Brief Analysis on Development and Production of Reinforced Bar Accorded with British,Canadian and American Standards

Liu Yanming

Tiantie Rolling Mill 2 successfully developed British Standard BS4449-1988 GR 460 graded rebar,400W graded rebar compliant with Canadian Standard CSA G30.18-M92 and American ASTM A615 GR 60 graded rebar around 2004.The author compares and analyzes the differences,similarities and characteristics of composition,dimension and technical requirement of the above standards,points out the required composition difference in billet purchasing and the influence of rolling process on properties,and provides a basis for the production of multiple standard steel.

Canadian Standard,American Standard,British Standard,rebar,mechanical property,chemical composition,outline dimension,comparison

（收稿 2011-06-01 責編 崔建華)

劉艷明，工程師，1993年畢業(yè)于天津大學冶金分校金屬壓力加工專業(yè)，現(xiàn)任天鐵軋二制鋼有限公司進出口部部長。