HRB400E熱軋抗震鋼筋的研制開(kāi)發(fā)

范銀平

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

0 前言

隨著建筑工業(yè)的迅速發(fā)展，高層建筑等工程結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求越來(lái)越高，尤其是我國(guó)處于地震多發(fā)地區(qū)，抗震問(wèn)題更引起普遍關(guān)注［1］。特別是汶川5.12特大地震，再次向人們敲響警鐘，提高建筑物抗震性能的問(wèn)題已經(jīng)引起政府和企業(yè)的高度重視。為了提高我國(guó)建筑物的抗震性，新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1499.2-2007對(duì)率先對(duì)其抗震性性能進(jìn)行修訂和完善。以此為契機(jī)，2009年初安鋼開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋，并先后通過(guò)了國(guó)家建筑鋼材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心型式檢驗(yàn)及國(guó)家質(zhì)檢總局生產(chǎn)許可證審核中心檢驗(yàn)，最終順利獲得了國(guó)家抗震鋼筋生產(chǎn)許可證。

1 抗震鋼筋技術(shù)要求

提高鋼筋的抗震性能，主要是考慮穩(wěn)定屈服強(qiáng)度(Rel)，提高強(qiáng)屈比，增加鋼筋的最大力總伸長(zhǎng)率(Agt)。穩(wěn)定鋼筋的屈服強(qiáng)度，將其控制在一定的范圍之內(nèi)，可以使所有受力鋼筋都能夠比較均勻的承受力量。如果在建筑結(jié)構(gòu)某處的鋼筋性能波動(dòng)范圍大，在破壞力超過(guò)鋼筋的允許屈服強(qiáng)度時(shí)，而鋼筋還沒(méi)有發(fā)生變形，使建筑物無(wú)法形成塑性鉸，則建筑物發(fā)生不可恢復(fù)的永久性破壞，起不到抗震的作用［2］。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB1499.2-2007提出熱軋帶肋鋼筋用于結(jié)構(gòu)上要具備抗震“高延性”要求，并在標(biāo)準(zhǔn)第7.3.3條中加入了“有較高要求的抗震結(jié)構(gòu)適用牌號(hào)后加E的規(guī)定”，它要求除了鋼筋保持原具備標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求外還要保證以下三條技術(shù)要求：

1)鋼筋實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度之比≥1.25;

2)鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度特征值之比≤1.30;

3)鋼筋的最大力下總伸長(zhǎng)率Agt≥9%。國(guó)標(biāo)GB1499.2-2007中HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋力學(xué)性能特征值指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 HRB400E抗震鋼筋力學(xué)性能特征值

2 抗震鋼筋生產(chǎn)工藝

2.1 生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)安鋼生產(chǎn)裝備條件，確定生產(chǎn)抗震熱軋帶肋鋼筋主要工藝流程為：

自產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鐵水→第二煉鋼廠35 t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐→鋼包釩氮微合金化→6流小方坯連鑄機(jī)→120 mm×120 mm連鑄小方坯→三段連續(xù)推鋼式加熱爐→Φ260 mm(Φ300 mm)半連軋機(jī)組。

2.2 內(nèi)控化學(xué)成分設(shè)計(jì)

合理的化學(xué)成分對(duì)抗震鋼筋的力學(xué)性能起著極其重要的作用。為保證鋼的性能穩(wěn)定，在普通熱軋帶肋鋼筋成分控制基礎(chǔ)上，采取較窄成分控制方法，同時(shí)根據(jù)GBl499.2-2007的技術(shù)要求，采用釩氮微合金化工藝技術(shù)進(jìn)行安鋼抗震鋼筋內(nèi)控成分設(shè)計(jì)。成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 Φ12 mm～Φ32 mm的HRB400E抗震鋼筋化學(xué)成分設(shè)計(jì) wt.%

2.3 生產(chǎn)工藝控制

借鑒安鋼研制開(kāi)發(fā)日標(biāo)JISG3112-1987抗震鋼筋SD390的成功經(jīng)驗(yàn)及HRB400熱軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)實(shí)踐，確定HRB400E抗震鋼筋生產(chǎn)工藝控制如下：

2.3.1 煉鋼工藝

為合理穩(wěn)定地控制其抗震鋼筋的化學(xué)成分，提高鋼的純凈度，實(shí)際冶煉時(shí)，在生產(chǎn)正常HRB400鋼筋鋼的基礎(chǔ)上首先要求鐵水裝入量實(shí)行定量裝入，其次加強(qiáng)冶煉過(guò)程中的控制穩(wěn)定性，同時(shí)采用高碳鐵、硅鐵及VN合金進(jìn)行脫氧合金化。出鋼后再進(jìn)行不小于3 min的鋼包底吹氬，以確保鋼水成分、溫度的均勻。

連鑄過(guò)程中，在穩(wěn)定拉速的前提下，中間包液面加覆蓋劑保溫，中間包到結(jié)晶器采用浸入式水口保護(hù)澆注，防止鋼流二次氧化。同時(shí)，澆注過(guò)程對(duì)液面高度、方坯結(jié)晶器冷卻水強(qiáng)度等均進(jìn)行嚴(yán)格控制，以期獲得良好的鑄坯質(zhì)量。

2.3.2 軋制工藝

為保證抗震鋼筋性能穩(wěn)定性，除要求軋鋼在生產(chǎn)抗震鋼筋時(shí)，均衡生產(chǎn)節(jié)奏，穩(wěn)定軋制溫度外，合理控制鋼筋的負(fù)差率大小，根據(jù)不同規(guī)格進(jìn)行嚴(yán)格控制。如：Φ12 mm ～ Φ16 mm 為 4% ～4.5%;Φ18 mm～Φ25 mm為3% ～3.5%;Φ25 mm以上規(guī)格平均為2.5%左右。

3 抗震鋼筋實(shí)物質(zhì)量控制水平

3.1 化學(xué)成分及力學(xué)性能

HRB400E抗震鋼筋化學(xué)成份實(shí)物水平控制及力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 Φ12 mm～Φ32 mm的HRB400E抗震鋼筋化學(xué)成分控制范圍 wt.%

表4 HRB400E抗震鋼筋力學(xué)性能值

3.2 焊接性能檢驗(yàn)

焊接性能是抗震鋼筋最為重要的使用性能之一。根據(jù)JGJ18-2003《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)HRB400E抗震鋼筋進(jìn)行了預(yù)熱閃光對(duì)焊工藝，其焊接性能良好。焊接接頭力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 HRB400E抗震鋼筋焊接試驗(yàn)

焊接檢驗(yàn)結(jié)果分析：

1)焊接后試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其試樣拉伸斷口均為延伸斷口(如圖1所示)，且斷口位置均在遠(yuǎn)離焊接部位的母材上。

2)焊接后的拉伸試樣除延伸指標(biāo)略有降低外，其平均強(qiáng)度特征值無(wú)明顯變化，全部焊接拉伸試樣力學(xué)性能及彎曲檢驗(yàn)合格。

3.3 型式檢驗(yàn)

2009年12月經(jīng)國(guó)家建筑鋼材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)安鋼生產(chǎn)的抗震鋼筋進(jìn)行抽樣型式檢驗(yàn)。規(guī)格為Φ12 mm和32 mm進(jìn)行了9種不同形式的焊接工藝：閃光對(duì)焊、邦條焊、搭結(jié)焊、坡口焊、熔槽邦條焊、窄間隙焊、電渣壓力焊、氣壓焊、預(yù)埋件埋弧壓力焊，結(jié)果全部合格。

圖1 HRB400E抗震鋼筋閃光對(duì)焊拉伸和彎曲試件

3.4 實(shí)物認(rèn)證

2010年3月經(jīng)國(guó)家鋼筋生產(chǎn)許可證辦公室現(xiàn)場(chǎng)審核確認(rèn)，安鋼HRB400E抗震鋼筋生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備、產(chǎn)品檢驗(yàn)、質(zhì)量保障體系等達(dá)到了國(guó)家抗震鋼筋生產(chǎn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1)安鋼在現(xiàn)有工藝裝備條件下，采用釩氮微合金化工藝已研制生產(chǎn)出近3萬(wàn)多噸HRB400E抗震鋼筋，現(xiàn)已正常批量生產(chǎn)，其鋼筋成分穩(wěn)定，性能可靠，完全符合國(guó)標(biāo)GB1499.2-2007對(duì)抗震鋼筋的技術(shù)要求。

2)合理控制抗震鋼筋的化學(xué)成分及軋制工藝參數(shù)，確保軋材組織及尺寸負(fù)偏差的穩(wěn)定性，是生產(chǎn)HRB400E抗震鋼筋的關(guān)鍵。

3)新的建筑規(guī)范已經(jīng)發(fā)布實(shí)施，抗震鋼筋的市場(chǎng)需求量將日益加大，同時(shí)，使用優(yōu)質(zhì)安全的建筑材料，提高建筑物的工程質(zhì)量，是關(guān)系到社會(huì)長(zhǎng)治久安、居民安居樂(lè)業(yè)的百年大計(jì)。安鋼抗震鋼筋的成功研發(fā)，具有一定的社會(huì)意義。

［1］ 謝仕柜.應(yīng)加速推進(jìn)我國(guó)高強(qiáng)鋼筋的發(fā)展.軋鋼，2000，17(3)：9-11.

［2］ 樊曉雷，王學(xué)忠，徐守亮.400 MPa級(jí)鋼筋的抗震性能研究.四川冶金，2008(6)：28-31.