影響鋼筋抗屈比原因分析及改進(jìn)措施

王宏剛，楊文濤

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西漢中 724200）

影響鋼筋抗屈比原因分析及改進(jìn)措施

王宏剛，楊文濤

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西漢中 724200）

分析了影響鋼筋抗屈比的常見(jiàn)因素，有化學(xué)成分、晶粒度、微合金化等。著重討論了在合金元素含量不變的情況下軋制溫度控制對(duì)鋼筋抗屈比提升的影響。通過(guò)軋制實(shí)踐得出結(jié)論：適當(dāng)提高加熱爐溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可以有效提升鋼筋抗屈比。

抗屈比 晶粒度 加熱溫度 氮微合金化

當(dāng)前抗震鋼筋的應(yīng)用越來(lái)越普遍，利用釩鈦微合金化技術(shù)與控制軋制相結(jié)合生產(chǎn)的高強(qiáng)度抗震鋼筋具有高強(qiáng)度、高應(yīng)變、低周疲勞、低應(yīng)變時(shí)效敏感性、強(qiáng)抗變形時(shí)效能力、良好的焊接性能等優(yōu)點(diǎn)?？拐鹪O(shè)計(jì)原則之一就是保證鋼筋混凝土框架具有較好的延性和整體性，當(dāng)構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)在地震作用下通過(guò)結(jié)構(gòu)的塑性變形吸收地震所產(chǎn)生的能量[1-3]，可以有效預(yù)防因地震時(shí)鋼筋脆斷而引起的混凝土構(gòu)件的早期破壞。對(duì)抗震鋼筋力學(xué)性能的三點(diǎn)要求是：實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度與實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度特征之比（抗屈比）不小于1. 25；鋼筋的實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度特征值之比（屈標(biāo)比）不大于1. 30；鋼筋的最大力總伸長(zhǎng)不小于9%。其中抗屈比表征鋼筋受力超過(guò)屈服強(qiáng)度之后還能承受較大的抗力而不至于破壞的能力，抗屈比越高，鋼筋斷裂所吸收的能量越大，越不容易斷裂。可見(jiàn)抗屈比是鋼筋抗震的關(guān)鍵因素。一般鋼筋的級(jí)別越高，越容易出現(xiàn)抗屈比不合格現(xiàn)象。陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司（全文簡(jiǎn)稱漢中公司）自從生產(chǎn)HRB500E鋼筋以來(lái)，多次出現(xiàn)鋼筋抗屈比不合格的情況。

1 影響抗屈比原因分析

抗屈比是抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的比值，抗拉強(qiáng)度的變化和屈服強(qiáng)度的變化都可能引起抗屈比變化。

1.1 化學(xué)成分對(duì)抗屈比的影響

C、Si、Mn、P等這些元素在鋼中都可以起到固溶強(qiáng)化的作用，從而影響鋼筋的力學(xué)性能。其中C在鋼中形成間隙固溶體，而Si、Mn、P在鋼中形成置換固溶體。一般間隙固溶體的強(qiáng)化作用大于置換固溶體的強(qiáng)化作用，并且間隙固溶體的溶質(zhì)元素對(duì)基體韌性、塑性的削弱很顯著，對(duì)抗拉強(qiáng)度的強(qiáng)化明顯高于屈服強(qiáng)度的強(qiáng)化[4]，因此間隙固溶體對(duì)鋼筋抗屈比的影響很明顯。置換固溶體的溶質(zhì)元素對(duì)基體的韌性、塑性影響不大，鋼中C、Si、Mn中C的含量變化對(duì)抗屈比的影響最明顯。C含量過(guò)高會(huì)大大降低鋼筋的韌性、塑性，影響鋼筋的焊接性能，Mn含量過(guò)高也會(huì)影響鋼材的焊接性能。國(guó)標(biāo)中對(duì)C、Mn含量都有上限要求。P會(huì)引起鋼材冷脆，是鋼中典型的有害元素。

1.2 晶粒度對(duì)抗屈比的影響

根據(jù)hall-petch公式σs=σ0+ksd-1/2（式中d為晶粒直徑，ks為系數(shù)）可知，晶粒越細(xì)，晶界和亞晶界越多，阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)能力越強(qiáng)，這樣就產(chǎn)生位錯(cuò)塞積強(qiáng)化，使得鋼筋的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都增強(qiáng)[5]。根據(jù)Stroh提出的斷裂強(qiáng)度與晶粒大小關(guān)系可知，晶粒度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響幅度沒(méi)有對(duì)屈服強(qiáng)度影響的幅度大[6]。因此當(dāng)晶粒度增大時(shí)，鋼筋的抗屈比會(huì)降低，反之晶粒度減小，鋼筋的抗屈比會(huì)升高。

1.3 氮微合金化對(duì)抗屈比的影響

氮微合金化的機(jī)理是利用釩在鋼中與碳、氮結(jié)合生成細(xì)小的碳化釩和氮化釩彌散分布，產(chǎn)生析出強(qiáng)化，同時(shí)可以阻止晶粒長(zhǎng)大，起到細(xì)化晶粒作用，從而提高鋼的強(qiáng)度[7-9]。釩在鋼中可以起到固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的作用。當(dāng)鋼中氮含量較高時(shí)，釩析出強(qiáng)化和細(xì)化晶粒就比較明顯[10]。細(xì)晶強(qiáng)化大幅提高鋼的屈服強(qiáng)度，對(duì)抗拉強(qiáng)度的提高相對(duì)較弱。析出強(qiáng)化也對(duì)屈服強(qiáng)度的影響幅度大于抗拉強(qiáng)度的影響。因此氮微合金化會(huì)降低鋼筋的抗屈比。

鋼中合金元素含量的變化對(duì)鋼筋力學(xué)性能的影響很大，一般情況下企業(yè)為了降本增效，會(huì)嚴(yán)格控制合金元素的含量。本文以HRB500EΦ12 mm盤卷軋制為例，著重討論在合金元素含量不變的情況下軋制溫度控制的變化對(duì)鋼筋抗屈比的影響。

2 HRB500EΦ12 mm盤卷提升抗屈比試驗(yàn)

2.1 工藝流程

HRB500EΦ12 mm盤卷軋制工藝：優(yōu)質(zhì)鐵水、廢鋼→120t轉(zhuǎn)爐→合金化→8機(jī)8流連鑄機(jī)→連鑄坯→加熱爐→粗中軋制→預(yù)精軋→精軋機(jī)軋制→減定徑機(jī)軋制→控溫水冷→風(fēng)機(jī)冷卻→收集打包→入庫(kù)。

2.2 化學(xué)成分（見(jiàn)表1）

表1 化學(xué)成分%

2.3 軋制溫度

軋制關(guān)鍵溫度控制如表2所示。

表2 軋制溫度控制℃

2.4 金相分析

在加熱爐升溫前后各取一組（兩個(gè)）試樣作金相分析，結(jié)果如圖1、圖2所示。可以看出，升溫后鋼筋基體晶粒有所增大，且均勻度降低。

圖1 升溫前金相（×500）

2.5 力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

升溫前共軋制5批約120t，力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。由表3可以看出，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都比較富足，前兩批出現(xiàn)兩組因抗屈比不合格待判后，將加熱爐均熱段溫度提高20℃，達(dá)到1 120℃，其他參數(shù)保持不變。加熱爐升溫后軋制的三批力學(xué)性能全部合格，性能統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表4。

3 分析與討論

圖2 升溫后金相（×500）

表3 力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

表4 力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

1）本次軋制軋制坯為熱送鋼坯，出現(xiàn)抗屈比不合格待判后，將加熱爐溫度提高20℃，并保溫1 h后抗屈比合格，而且有明顯提升。在成分和其他軋制工藝沒(méi)有改變的情況下，適當(dāng)提高加熱爐溫度，有利于鋼坯原始晶粒的長(zhǎng)大，初始晶粒的大小直接影響鋼筋最終的晶粒度，使得鋼筋抗屈比明顯提升。

2）漢中公司前期試軋時(shí)，加熱爐裝冷坯也多次出現(xiàn)抗屈比不合格現(xiàn)象。適當(dāng)延長(zhǎng)加熱爐保溫時(shí)間延后抗屈比合格，并有明顯提升。在成分和其他工藝不變的情況下，延長(zhǎng)保溫時(shí)間有利于鋼材初始晶粒長(zhǎng)大和鋼筋最終的晶粒度升高，使得鋼筋抗屈比明顯提升。

3）目前大多數(shù)企業(yè)采取細(xì)晶軋制技術(shù)降低生產(chǎn)成本。這種工藝在生產(chǎn)高強(qiáng)鋼筋HRB500E、HRB600E時(shí)容易出現(xiàn)抗屈比不合格現(xiàn)象。為確保鋼筋力學(xué)性能符合抗震要求，必須綜合考慮成分、性能、軋制工藝等因素。

4 結(jié)論

1）影響鋼筋抗屈比的因素有合金成分、晶粒度、氮微合金化等，在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)綜合考慮成分、性能、軋制工藝等因素。

2）在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，在鋼筋屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比較富足的條件下，不改變其他工藝參數(shù)，只適當(dāng)提高加熱爐溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間，能夠有效提升鋼筋的抗屈比。

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（編輯：胡玉香）

Cause Analysis on Yield Ratio of Steel Bar and Improvement Measures

WANG Honggang，YANG Wentao
（Hanzhong Iron&Steel(Group)Co.,Ltd.,Hanzhong Shaanxi 724200）

The common factors that influence the yield ratio is chemical composition,grain size,nitrogen micro alloying etc.This paper emphatically discusses the effect of rolling temperature change on yield ratio in the same content of alloy element.Through the practice,appropriate furnace temperature increase extends the time of heat preservation, which can effectively improve yield ratio.

yield ratio,grain size,heating temperature,nitrogen micro alloying

TG335. 11；TG113.25

A

1672-1152（2016）06-0021-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.07

2016-10-19

王宏剛（1986—），男，材料科學(xué)本科學(xué)歷，于陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司計(jì)量檢驗(yàn)中心從事鋼筋檢驗(yàn)工作。