600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)實(shí)踐

胡煜，韓建鵬，郭紅民，李偉功

（陜西龍門(mén)鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西韓城715405）

600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)實(shí)踐

胡煜，韓建鵬，郭紅民，李偉功

（陜西龍門(mén)鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西韓城715405）

介紹了龍鋼600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)實(shí)踐。通過(guò)分析研究主要化學(xué)元素對(duì)鋼的作用，在國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的化學(xué)成分，并根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，制定合適的煉鋼和軋制生產(chǎn)工藝，并應(yīng)用光譜分析儀、顯微鏡、拉伸試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對(duì)試制鋼筋的成分、組織、力學(xué)性能、時(shí)效性、焊接工藝性能進(jìn)行了檢驗(yàn)分析，最終在龍鋼成功開(kāi)發(fā)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋產(chǎn)品。

鋼筋HRB600力學(xué)性能焊接性能

與發(fā)到國(guó)家相比，我國(guó)建筑行業(yè)所用的鋼筋主要采用300MPa和400MPa鋼筋，而世界主要工業(yè)國(guó)家已正在逐步淘汰強(qiáng)度小于400MPa級(jí)水平的鋼筋。如美國(guó)多采用屈服強(qiáng)度在400MPa以上的鋼筋，歐盟等國(guó)基本上采用500 MPa鋼筋，并正在開(kāi)展600MPa級(jí)甚至更高級(jí)別鋼筋的開(kāi)發(fā)，日本已經(jīng)用到600MPa及以上。2011年，我國(guó)400MPa及以上鋼筋僅占總量的38%左右，500MPa級(jí)鋼筋僅在少數(shù)重點(diǎn)工程上應(yīng)用，占總量不到2%[1]。在鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，國(guó)家曾明確提出了“400MPa及以上高強(qiáng)度螺紋鋼筋比例超過(guò)80%”的目標(biāo)，此外，在螺紋鋼筋標(biāo)準(zhǔn)GB 1499.2的修訂稿中，增加了600MPa級(jí)螺紋鋼筋HRB600。因此，陜西龍門(mén)鋼鐵有限責(zé)任公司（全文簡(jiǎn)稱(chēng)龍鋼）提前做好技術(shù)儲(chǔ)備，對(duì)600MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋產(chǎn)品進(jìn)行了研發(fā)。

1 成分和工藝設(shè)計(jì)

1.1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

GB 1499.2（討論稿）對(duì)600MPa級(jí)的鋼筋化學(xué)成分僅作了上限規(guī)定（見(jiàn)表1），無(wú)法指導(dǎo)生產(chǎn)。為保證產(chǎn)品性能，必須對(duì)HRB600進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)依托HRB500鋼筋的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在嚴(yán)格控制鋼中C、Si、Mn、S、P五大元素上限的前提下，成分設(shè)計(jì)還需主要考慮以下兩個(gè)方面：一是較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求；二是鋼筋要有良好的焊接性，以保證產(chǎn)品焊接的要求。

目前，龍鋼已開(kāi)發(fā)的500MPa級(jí)別的螺紋鋼筋，通過(guò)添加除C、Si和Mn以外的V合金元素可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，在500MPa級(jí)別鋼筋的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)600MPa鋼筋化學(xué)成分時(shí)，除C、Si和Mn之外，考慮在鋼中加入V合金元素。

對(duì)于高強(qiáng)度螺紋鋼筋來(lái)說(shuō)，顯微組織要求以鐵素體+珠光體為最佳。這是因?yàn)槿绯霈F(xiàn)大量的貝氏體或馬氏體等組織會(huì)引起鋼筋塑性下降、屈服點(diǎn)不明顯，進(jìn)而影響到鋼筋性能的穩(wěn)定。合金元素V雖然具有顯著的強(qiáng)化效果，但同時(shí)又提高了鋼的淬透性，促進(jìn)貝氏體或馬氏體等異常組織的產(chǎn)生。因此，對(duì)于600MPa高強(qiáng)度螺紋鋼筋的研發(fā)，合金元素V的添加量很關(guān)鍵。

成分的設(shè)計(jì)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 1499.2（討論稿），設(shè)計(jì)的成分見(jiàn)表1。

表1 成分設(shè)計(jì)%

1.2 V的強(qiáng)化機(jī)理

目前，V是鋼材中比較常用的合金化元素，通過(guò)在鋼中添加V，使得鋼材的強(qiáng)度上升到新的臺(tái)階。在鋼中，V元素可形成碳氮化物顆粒，抑制晶體長(zhǎng)大，或固溶于基體當(dāng)中，能夠起到析出強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的作用。

在鋼中，V的碳氮化物能夠在1 100℃以下大量析出，在熱軋和隨后的冷卻過(guò)程中有較強(qiáng)的析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用，此外，N含量的提高有利于促進(jìn)氮化物的析出，增強(qiáng)V合金元素的析出強(qiáng)化作用，并且，隨著析出V（C、N）數(shù)量的增多，基體中固溶V含量下降，也有助于減輕V對(duì)鋼淬透性的影響[2]。

1.3 工藝設(shè)計(jì)

HRB 600鋼筋的生產(chǎn)工藝流程：轉(zhuǎn)爐冶煉→脫氧合金化→CCM方坯連鑄→剪切→檢驗(yàn)→計(jì)量→加熱→軋制→冷床冷卻→定尺剪切→檢驗(yàn)→包裝→計(jì)量→入庫(kù)。

轉(zhuǎn)爐進(jìn)行窄成分區(qū)間控制冶煉，內(nèi)控范圍滿足表1要求。轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)碳控制在0.10%以上，控制鋼水的氧化性，終點(diǎn)溫度控制在1 620～1 650℃，鋼水過(guò)熱度控制在20~40℃；軋線加熱溫度控制在1 150～1 200℃，從而既保證了V微合金元素的充分固溶，又兼顧了防止奧氏體晶粒的粗化，終軋溫度控制在950℃以下，充分發(fā)揮了第二相粒子的析出作用。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 力學(xué)性能

拉伸試驗(yàn)用100 t液壓微機(jī)伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)的4個(gè)規(guī)格（Φ16mm、Φ20mm、Φ22mm、Φ25 mm）的鋼筋進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)。結(jié)果顯示：鋼筋的屈服強(qiáng)度在620～665MPa，抗拉強(qiáng)度在765～805MPa，斷后伸長(zhǎng)率為19%～27%，各指標(biāo)滿足HRB 600鋼筋的技術(shù)要求（即屈服強(qiáng)度不小于600MPa、抗拉強(qiáng)度不小于730MPa、斷后伸長(zhǎng)率不小于15%）。鋼筋的力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鋼筋的力學(xué)性能結(jié)果

2.2 時(shí)效性

為檢驗(yàn)鋼筋的時(shí)效性，對(duì)Φ22mm規(guī)格鋼筋分別進(jìn)行7 d、15 d、30 d的自然時(shí)效性能檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 時(shí)效力學(xué)性能結(jié)果

對(duì)力學(xué)性能比較分析可以看出，經(jīng)7 d（168 h）時(shí)效后，屈服強(qiáng)度未變化，抗拉強(qiáng)度降低5MPa，斷后伸長(zhǎng)率未變化；經(jīng)15 d時(shí)效后，屈服強(qiáng)度降低5 MPa，抗拉強(qiáng)度未變化；經(jīng)30 d時(shí)效后，屈服強(qiáng)度降低5MPa，抗拉強(qiáng)度降低10MPa，斷后伸長(zhǎng)率略有提高。總之，鋼筋無(wú)明顯的時(shí)效性，但是隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度略有降低，延伸率略有上升。

2.3 金相組織

利用OLYMPUS光學(xué)顯微鏡，分別對(duì)試制的Φ16mm、Φ20mm、Φ22mm、Φ25mm規(guī)格的鋼筋進(jìn)行了顯微組織觀察，鋼的組織為鐵素體和珠光體，晶粒度在11~12級(jí)，晶粒均勻。圖1、圖2分別為Φ22 mm、Φ25mm規(guī)格鋼筋試樣在100倍條件下的金相組織照片。

圖1 Φ22mm規(guī)格金相組織

圖2 Φ25mm規(guī)格金相組織

2.4 焊接工藝評(píng)定

按照J(rèn)GJ18—2012《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，分別采用閃光對(duì)焊、幫條焊、搭接焊、坡口焊、熔槽幫條焊、電阻點(diǎn)焊和機(jī)械連接等方式進(jìn)行了鋼筋焊接和連接拉力試驗(yàn)，鋼筋斷裂部位均為母材位置（見(jiàn)圖3），因此，鋼筋具有良好的焊接性能。

圖3 焊接樣拉伸后斷裂位置

3 結(jié)論

1）應(yīng)用釩合金化可以生產(chǎn)600MPa級(jí)的熱軋狀態(tài)的高強(qiáng)度鋼筋，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等指標(biāo)均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，

2）根據(jù)顯微組織觀察，組織為鐵素體+珠光體，未出現(xiàn)有害組織，說(shuō)明軋鋼工藝合理。

3）焊接樣拉伸后斷裂位置在母材上，說(shuō)明600 MPa級(jí)鋼筋的焊接性能良好。

4）屈服強(qiáng)度稍偏低，最小值為620MPa，因此，應(yīng)對(duì)600MPa級(jí)鋼筋的化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

[1]蘇世懷，完衛(wèi)國(guó)，孫維，等.中國(guó)建筑用帶肋鋼筋線材品種的優(yōu)化[J].建材世界，2010，31（5）：36-39.

[2]劉建,王華昆.釩氮微合金化高強(qiáng)度鋼的研究及應(yīng)用[J].上海金屬，2006，28（2）：56-60.

（編輯：苗運(yùn)平）

Production Practice of 600 MPa Grade High Strength Steel Bar

HU Yu,HAN Jianpeng,GUO Hongm in,LIW eigong
（Shaanxi Longmen Iron&Steel Co.,Ltd.,Hancheng Shaanxi715405）

This paper introduces production practice of 600 MPa high strength steel bar in Long Gang company.By studying the role of the chemical elements of the steel,designing the chemical composition in the national standard, and according to technical characteristics of the products,a suitable steel-making and rolling process is developed. The components,mechanical properties,timeliness,welding process performance of the steel bars are analyzed by spectrometer,microscope and tensile testing machine.Finally,600 MPa high strength steel products meeting the requirements of standard is successful developed of steel.

steel bar,HRB600,mechanical properties,welding performance

TU984

A

1672-1152（2017）02-0017-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.07

2017-02-28

胡煜（1975—），男，陜西安康人，1996年畢業(yè)于陜西冶金工業(yè)學(xué)校金屬壓力加工專(zhuān)業(yè)，助理工程師，現(xiàn)任龍鋼生產(chǎn)指揮控制中心業(yè)務(wù)主任，主要研究方向?yàn)殇撹F工藝及研究。