HRB500高強(qiáng)帶肋鋼筋研發(fā)與實(shí)踐*

李 璟 范銀平 田曉霞

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

HRB500高強(qiáng)帶肋鋼筋研發(fā)與實(shí)踐*

李 璟 范銀平 田曉霞

(安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

介紹了安鋼HRB500熱軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)工藝流程、工藝特點(diǎn)及采用微合金化工藝技術(shù)進(jìn)行HRB500熱軋帶肋鋼筋的研發(fā)實(shí)踐。生產(chǎn)實(shí)踐表明:根據(jù)生產(chǎn)線裝備條件，采用VN微合金化技術(shù)，其生產(chǎn)的HRB500帶肋鋼筋均能滿足國標(biāo)技術(shù)要求，且性能穩(wěn)定可靠。

HRB500 熱軋帶肋鋼筋 力學(xué)性能

0 前言

目前，我國處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，建筑業(yè)發(fā)展十分迅猛。由于我國的建筑設(shè)施仍然是以鋼筋混凝土為主要材料，所以多年來鋼筋和線材一直在建筑用鋼中消費(fèi)量最大。2011年我國鋼筋產(chǎn)量達(dá) 1.5億 t，其中 HRB335約占 60%左右，HRB400占不到40%左右，HRB500僅有少量應(yīng)用［1］。

在美國、加拿大、韓國、伊朗、日本等國家，400 MPa級(jí)鋼筋的用量已達(dá)到70%以上，500 MPa級(jí)鋼筋的用量也達(dá)到25%;德國、法國、英國等國家，500 MPa級(jí)鋼筋的比例已達(dá)到70%以上，隨著也進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步和開發(fā)水平的提高，高強(qiáng)度熱軋帶肋鋼筋成為鋼鐵材料的發(fā)展方向。

采用500 MPa級(jí)鋼筋代替目前使用的HRB335和HRB400級(jí)鋼筋，可明顯減少鋼筋用量(分別達(dá)到40%和16.7%)，也可顯著改善目前框架結(jié)構(gòu)中梁、柱節(jié)點(diǎn)和框架柱中鋼筋擁擠的現(xiàn)象，提高工程質(zhì)量，可取得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。2011年我國新的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》也已正式將HRB500級(jí)鋼筋納入并實(shí)施。

從20世紀(jì)90年代開始安鋼集團(tuán)一直致力于高強(qiáng)鋼筋的研究，2009年在HRB400鋼筋研究的基礎(chǔ)上對(duì)HRB500高強(qiáng)鋼筋進(jìn)行了研制開發(fā)，目前已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

1 鋼筋的研制

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

按照 GB1499.2 －2007 給定的技術(shù)要求［2］，HRB500鋼筋 C、Si、Mn等成分和 HRB335鋼筋、HRB400鋼筋基本相同(見表1)，Ceq比HRB400鋼筋只提高0.01%，而屈服強(qiáng)度比HRB400鋼筋提高了100 MPa，抗拉強(qiáng)度提高60 MPa(見表2)，同時(shí)要求鋼筋應(yīng)以熱軋態(tài)交貨。目前，提高鋼筋強(qiáng)度的方法有兩種，一種是利用余熱處理工藝，一種是采用微合金化工藝。由于國標(biāo)對(duì)高強(qiáng)鋼筋的技術(shù)要求，只有采用微合金化工藝。由于HRB500鋼筋強(qiáng)度指標(biāo)提高后，仍要保持良好的塑性，承受180°彎曲試驗(yàn)，產(chǎn)品達(dá)標(biāo)有一定的難度，因此既要保證產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，又要保證成本不會(huì)大幅度增加，是研制開發(fā)HRB500鋼筋的技術(shù)難點(diǎn)。

表1 國標(biāo)化學(xué)成分 w%

表2 力學(xué)性能

1.2 成分設(shè)計(jì)

在低合金鋼中添加的微合金元素主要有釩、鈮、鈦等，通過其形成的碳氮化合物產(chǎn)生晶粒細(xì)化和沉淀強(qiáng)化作用，可大大提高鋼的強(qiáng)度，并獲得良好的塑韌性，諸元素中以釩的微合金化效果比較顯著。理由一，與鈦相比，釩與氧的親和力更小，回收率更高;理由二，與鈮相比，釩比較容易固溶到鋼中，又易于形成釩的碳氮化臺(tái)物;理由三，含釩鋼對(duì)軋制工藝參數(shù)控制沒有含鈮鋼要求那么嚴(yán)格，對(duì)軋制溫度范圍要求并不十分嚴(yán)格，可參照HRB400鋼筋的軋制工藝，適當(dāng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)就可達(dá)到500 MPa強(qiáng)度等級(jí)，因此，研制HRB500鋼筋時(shí)，選擇釩為添加的微合金強(qiáng)化元素。

2 試制生產(chǎn)工藝確定

2.1 工藝流程

HRB500高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)工藝包括冶煉、連鑄和軋制工藝，采用優(yōu)質(zhì)鐵水和廢鋼為原料，經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉成優(yōu)質(zhì)鋼水，由高效方坯連鑄機(jī)澆鑄成方坯，方坯直接送軋鋼廠軋制。具體工藝流程如下:

35 t轉(zhuǎn)爐→120 mm×120 mm連鑄小方坯→加熱→Φ450 mm×3粗軋機(jī)→Φ350 mm×4一中軋→1#切頭飛剪→Φ350 mm×4二中軋→Φ260 mm×4精軋機(jī)組→步進(jìn)式冷床冷卻→冷剪收集、打捆→檢驗(yàn)、入庫。

2.2 微合金化技術(shù)應(yīng)用

傳統(tǒng)的Fe－V微合金化技術(shù)是在低合金鋼中單純添加釩元素，而近年來新興的VN微合金化新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使鋼中殘余氮成為釩鋼的“補(bǔ)品”。大量的研究結(jié)果表明［3］，氮是含釩微合金鋼中一個(gè)十分有效的合金元素，鋼中增氮(一般轉(zhuǎn)爐鋼中殘余氮含量在60 ×10－6以下，而VN微臺(tái)金鋼中的氮含量在130×10－6左右)，促進(jìn)了釩的析出且使鋼中幾乎不存在自由氮，氮以化合物形式存在于鋼中，加強(qiáng)了釩的沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒的作用，并充分利用廉價(jià)而豐富的氮資源，在保證一定強(qiáng)度水平下，可節(jié)約金屬釩，進(jìn)一步降低鋼的冶煉生產(chǎn)成本。

2.3 生產(chǎn)工藝操作要點(diǎn)制定

生產(chǎn)工藝包括冶煉、連鑄和軋制工藝。生產(chǎn)工藝操作要點(diǎn)的制定主要從提高鋼的純凈度、鋼的成分均勻性和鋼筋性能均勻性的角度考慮，使鋼筋在提高強(qiáng)度的同時(shí)，具有良好均勻的塑性。

3 試制結(jié)果分析

3.1 化學(xué)成分驗(yàn)證

HRB500高強(qiáng)鋼筋生產(chǎn)后，對(duì)各冶煉爐號(hào)的成品鋼筋均作了化學(xué)成分驗(yàn)證分析(見表3)，從成分驗(yàn)證情況來看，均在國家標(biāo)準(zhǔn)GBl499.2－2007規(guī)定范圍內(nèi)。

表3 HRB500試驗(yàn)鋼化學(xué)成分w%

鋼筋的可焊性取決于材料中碳及各種合金元素錳、鉻、釩、鉬、銅、鎳的含量，常以碳當(dāng)量表達(dá):碳當(dāng)量Ceq=C+1/6Mn+1/5(Cr+V+Mo)+1/15(Cu+Ni)。碳當(dāng)量較高時(shí)，鋼筋強(qiáng)度提高但可焊性降低。一般認(rèn)為碳當(dāng)量超過0.55%時(shí)鋼筋難以焊接，為保證HRB500鋼筋的可焊性，在生產(chǎn)中對(duì)C及Ceq作了內(nèi)控規(guī)定，以確保鋼筋強(qiáng)度要求的同時(shí)還要確保鋼筋的可焊性。

3.2 力學(xué)性能

生產(chǎn)的HRB500高強(qiáng)鋼筋的力學(xué)性能檢驗(yàn)見表4。其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、冷彎及反彎等力學(xué)性能指標(biāo)均符合GBl499.2－2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，而強(qiáng)屈比在1.21～1.28之間，即個(gè)別爐次還有未達(dá)到一級(jí)抗震性能的要求。

表4 HRB500試驗(yàn)鋼力學(xué)性能

強(qiáng)屈比是衡量鋼筋使用性能的重要指標(biāo)［4］。在現(xiàn)代混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了建筑結(jié)構(gòu)抗震的需要，要求鋼笳的強(qiáng)屈比≥1.25，同時(shí)在確保建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有潛在承載能力的前提下，又要求σs(實(shí)際)/σs(標(biāo)準(zhǔn))的比值≤1.30。以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)柱弱粱”的一級(jí)抗震設(shè)計(jì)要求。因此穩(wěn)定提高強(qiáng)屈比，以達(dá)到一級(jí)抗震要求是今后HRB500開發(fā)研究的方向。

3.3 顯微組織

對(duì)HRB500成品鋼筋取樣作金相組織、晶粒度檢測(cè)。結(jié)果表明組織為F+P(鐵素體+珠光體)，晶粒度在(9～10)級(jí)之間， HRB500高強(qiáng)鋼筋Φ22 mm規(guī)格金相組織照片如圖1所示。

圖1 HRB500高強(qiáng)鋼筋顯微組織

4 結(jié)論

1)HRB500鋼筋的化學(xué)成分設(shè)計(jì)合理，選擇用V微合金元素作為成分強(qiáng)化元素，試制工藝制定合理可行，并通過強(qiáng)化工藝紀(jì)律，嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，保證了鋼筋性能穩(wěn)定，使鋼筋在提高強(qiáng)度的同時(shí)，具有良好的綜合性能。

2)HRB500鋼筋的力學(xué)性能優(yōu)良，屈服強(qiáng)度為540 MPa～635 MPa，抗拉強(qiáng)度為 670 MPa～755 MPa，伸長率為21%～29%，均能達(dá)到國標(biāo)GB1499.2－2007中的技術(shù)要求。同時(shí)由于碳當(dāng)量的合理控制，有利于鋼筋連接方式的多樣化，可同時(shí)滿足采用不同連接技術(shù)的建筑施工需要。

3)HRB500鋼筋的試制開發(fā)，不僅提高公司鋼筋的產(chǎn)品檔次和技術(shù)含量，增加產(chǎn)品附加值，同時(shí)符合當(dāng)前建筑鋼筋的發(fā)展趨勢(shì)，具有良好的市場(chǎng)前景。

［1］王學(xué)忠，劉佩明，穆國棟，路清祥，侯可強(qiáng).HRB500鋼筋的研制與生產(chǎn)分析.山東冶金，2005，27(3):20 －22.

［2］王麗敏.鋼鐵混凝土用熱軋帶肋鋼筋新標(biāo)準(zhǔn)修訂的主要內(nèi)容.冶金標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，1999(3):18－23.

［3］崔培耀，俞敏，徐軍.HRB500鋼筋的試制開發(fā).中國冶金，2003(11):30－33.

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

RESEARCHING AND PRACTICING OF HRB500 HIGH STRENGTH RIBBED BARS

Li Jing Fan Yinping Tian Xiaoxia
(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

The paper mainly introduces the process flow and characteristics of HRB500 hot rolled ribbed steel bar in Anyang Steel as well as its R＆D practice when the microalloying process，grain fining technology and rapid cooling technology after rolling are respectively carried out.The show that:The HRB500 hot rolled ribbed steel bar practices are respectively carried out by VN microalloying process.The property can meet the requirements and quality is stable of this plate.

HRB500 high strength ribbed steel bar mechanical property

*聯(lián)系人:范銀平，高級(jí)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;

2012—8—16