鈮微合金化高強抗震鋼筋的生產(chǎn)實踐

王培培

（1.西安建筑科技大學， 陜西 西安 710055； 2.陜西鋼鐵集團有限公司， 陜西 西安 710018）

HRB400E高強度抗震鋼筋以其良好的力學性能迅速的走入市場，已成為建筑鋼筋的主流。微合金化技術是目前世界各國發(fā)展高強度鋼筋的主要工藝路線，釩被認為是提高HRB400E鋼筋強度最合適的微合金化元素之一[1]。但是，由于近期釩鐵和釩氮合金價格大幅上漲，越來越多的鋼筋生產(chǎn)企業(yè)開始采用鈮鐵代替釩鐵和釩氮合金微合金化。陜西鋼鐵集團有限公司結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)特點，在穩(wěn)定鋼材性能及質(zhì)量的前提下，進行鈮微合金化生產(chǎn)試驗，以達到降低合金成本的目的。

1 工藝方案

1.1 成分設計

依據(jù)GB/T 1499.2—2017標準要求，對含鈮微合金化HRB400E鋼筋化學成分（見表1）和力學性能（見表2）進行設計。

表1 鈮微合金化HRB400E鋼筋成分設計

表2 鈮微合金化HRB400E鋼筋力學性能設計

1.2 工藝流程

混鐵爐→120 t轉(zhuǎn)爐→吹氬站→方坯連鑄機→軋鋼廠。

1.3 操作要點

1.3.1 轉(zhuǎn)爐操作要點

1）保證所有合金烘烤質(zhì)量，穩(wěn)定出鋼過程溫降。

2）出鋼過程所有合金分批加入，總時間大于2 min，鈮鐵合金隨最后一批合金加入。

3）出鋼時間大于4 min，必須保證鋼包底吹正常，且全程底吹攪拌，時間不小于8 min。

4）出鋼前保證出鋼口完好，做好一次、二次擋渣，減少出鋼口、大爐口下渣。

1.3.2 連鑄控制要求

1）連鑄過程必須全保護澆鑄，且使用自動加渣裝置，液面自動控制系統(tǒng)。

2）中包溫度（見表 3）。

表3 中包溫度控制設計 ℃

3）拉速控制在2.7～3.1 m/min；二冷比水量在常規(guī)HRB400E比水量基礎上適當降低。

1.3.3 軋鋼操作要求

1）試驗軋制規(guī)格為Φ12 mm、Φ16 mm、Φ20 mm。

2）加熱爐溫度控制要求（見表4）。

表4 加熱爐溫度控制 ℃

3）軋制速度按照現(xiàn)場正常速度控制。

4）開軋溫度為（1 040±20）℃。

5）上冷床溫度為920～970℃。

2 生產(chǎn)情況分析

本次鈮微合金化生產(chǎn)HRB400E共20爐，熱坯入爐分別軋制了Φ20 mm和Φ16 mm規(guī)格的螺紋鋼，冷坯入爐軋制了Φ12 mm規(guī)格的螺紋鋼。其中Φ20 mm規(guī)格的共軋制了199支，Φ16 mm規(guī)格的共軋制了381支，Φ12 mm規(guī)格的共軋制了300支。具體化學成分和力學性能見表5。

從表5可以看出，本次鈮微合金化生產(chǎn)的鋼筋性能全部符合GB/T 1499.2—2017標準要求，ReL≥400 MPa，Rm≥540 MPa，A≥16%。Φ20 mm 規(guī)格鋼材屈服強度在 425～450 MPa，平均屈服強度438 MPa；抗拉強度在575～615 MPa，平均抗拉輕度593 MPa；斷后生伸長率在24%～28%，平均斷后伸長率25.7%。Φ16mm規(guī)格鋼材屈服強度在430～465MPa，平均屈服強度448 MPa；抗拉強度在575～630 MPa，平均抗拉輕度607 MPa；斷后生伸長率在19%～30%，平均斷后伸長率26%。Φ12 mm規(guī)格鋼材屈服強度在425～475 MPa，平均屈服強度444 MPa；抗拉強度在560～650 MPa，平均抗拉輕度601 MPa；斷后生伸長率在23%～29%，平均斷后伸長率27%

表5 鈮微合金化生產(chǎn)HRB400E化學成分和力學性能情況

同時，將本次試驗的鈮微合金化鋼材和同規(guī)格同期的釩微合金化鋼材成分和性能進行了對比（見表 6）。

表6 鈮微合金化鋼材和同規(guī)格同期的釩微合金化鋼材成分和性能對比表

從表6中可以看出，本次含鈮微合金化鋼試驗，性能均合格。但與同規(guī)格同期的釩微合金化鋼材相比，其平均性能略微偏低。

3 經(jīng)濟效益分析

根據(jù)實際試驗情況，對其合金成本進行測算（見表 7）。

表7 單質(zhì)元素合金成本價格情況

成本差＝Si元素單價×元素對比差值＋Mn元素單價×元素對比差值－硅錳合金帶入Si量×Si元素單價＋V元素單價×元素對比差值＋Nb元素單價×元素對比差值。

Φ20 mm 成本差＝1.19×（-0.004）/0.01＋1.68×（-0.164）/0.01－17/65×（-0.164）×1.19＋56.47×（-0.024 4）/0.01＋31.59×0.043 4/0.01=-28.66 元/t；

Φ16 mm 成本差＝1.19×（-0.008）/0.01＋1.68×（-0.172）/0.01－17/65×（-0.172）×1.19＋56.47×（-0.024）/0.01＋31.59×0.043 6/0.01=-27.59 元/t；

Φ12 mm 成本差＝1.19×（-0.014）/0.01＋1.68×(-0.187）/0.01－17/65×（-0.187）×1.19＋56.47×（-0.023 2）/0.01＋31.59×0.043 9/0.01=-25.35 元/t。

從以上計算可以看出，鈮微合金化生產(chǎn)HRB400E高強鋼筋比釩微合金化生產(chǎn)HRB400E高強鋼筋成本約降低 25.35～28.66 元/t。

4 結(jié)論

1）在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下，用鈮鐵進行微合金化，完全能夠生產(chǎn)滿足GB/T 1499.2—2017標準的HRB400E高強抗震鋼筋。

2）采用鈮微合金化生產(chǎn)Φ12 mm、Φ16 mm、Φ22 mm規(guī)格的HRB400E高強抗震鋼筋，鋼材化學成分和力學性能均合格，但本次試驗與同規(guī)格同期的釩微合金化鋼材相比，其平均性能略微偏低。

3）鈮微合金化生產(chǎn)HRB400E高強鋼筋有一定的經(jīng)濟效益，可根據(jù)鈮、釩合金市場情況隨時調(diào)整生產(chǎn)，從而降低生產(chǎn)成本。