HRB400E抗震鋼筋鈮微合金強(qiáng)化機(jī)理研究與應(yīng)用

金梁

摘? 要：研究Nb微合金化強(qiáng)化機(jī)理在軋制過程中的作用，結(jié)合軋制工藝的優(yōu)化與應(yīng)用，保證了產(chǎn)品組織性能符合GB1499.2-2018要求并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，降低了棒材HRB400E各規(guī)格抗震鋼筋的成本，實(shí)現(xiàn)了Nb微合金化HRB400E抗震鋼筋的穩(wěn)定生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：Nb微合金化;HRB400E抗震鋼筋;軋制工藝;強(qiáng)化機(jī)理

中圖分類號：TG142 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）14-0162-03

Abstract： The role of Nb microalloying strengthening mechanism in rolling process was studied. Based on the optimization and application of rolling process， the product structure and properties were guaranteed to meet the requirements of GB1499.2-2018 and stable control was achieved. The cost of various specifications of anti-seismic bar HRB400E was reduced， and the stable production of Nb microalloyed HRB400E anti-seismic bar was realized.

Keywords： Nb microalloying; HRB400E seismic steel bar; rolling process; strengthening mechanism

1 概述

2018年11月1日，GB/T 1499.2-2018熱軋帶肋鋼筋新國標(biāo)正式實(shí)施，釩合金價格飛漲且供不應(yīng)求，柳鋼提前數(shù)月使用價格較低的鈮鐵合金開展強(qiáng)化機(jī)理研究與試驗(yàn)生產(chǎn)，應(yīng)用鈮微合金化技術(shù)結(jié)合棒材軋制工藝優(yōu)化，充分利用各種強(qiáng)化機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了φ12mm-φ32mm規(guī)格HRB400E鋼筋的批量穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)品組織性能合格，降低了合金成本與軋鋼工序成本。

2 Nb微合金化HRB400E抗震鋼筋成分設(shè)計

鈮微合金化HRB400E抗震鋼筋主要性能強(qiáng)化元素為C、Si、Mn、Nb，其中C在鐵碳合金中以Fe3C和石墨形式存在，依靠增加珠光體含量和固溶強(qiáng)化提高鋼筋的強(qiáng)度[1-2] ，C含量按照上限控制0.21～0.25%;Si固溶于鐵素體和奧氏體中，依靠強(qiáng)化鐵素體增加鋼的強(qiáng)度，依據(jù)Si對性能的影響曲線，按照0.30～0.60%控制;Mn以置換固溶的形式存在于鐵素體和奧氏體中，具有增加珠光體含量、固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)控制在1.30～1.45%;Nb對碳和氮有很高的親和力，在鋼中極易形成穩(wěn)定難溶的NbC、Nb（CN），通過細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和相變強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，按照0.025-0.035%控制。鈮微合金化HRB400E抗震鋼筋成分設(shè)計見表1。

3 軋制工藝

3.1 加熱工藝

為保證Nb（CN）充分溶入奧氏體發(fā)揮其強(qiáng)化作用，理論上加熱爐溫控制在1250℃[3]，所有Nb全部溶解到奧氏體中，但加熱溫度超過1150℃，奧氏體晶粒開始長大粗化，降低細(xì)晶強(qiáng)化的效果，且過高的加熱溫度一定程度上造成加熱爐待溫頻繁影響生產(chǎn)順暢。

綜合考慮以上三個因素，加熱溫度制定見表2。加熱溫度既保證鑄坯中Nb絕大部分溶解于奧氏體，部分未溶解的Nb（CN）有利于阻止在加熱和粗軋過程中奧氏體晶粒的長大，達(dá)到細(xì)化晶粒的效果。

3.2 軋制工藝

鈮微合金化HRB400E抗震鋼筋生產(chǎn)使用斷面尺寸為1652mm×10000mm的坯料，小規(guī)格Ф12mm-Ф22mm螺紋鋼采用切分孔型系統(tǒng)，大規(guī)格Ф25mm-Ф32mm螺紋鋼采用圓-橢圓孔型系統(tǒng)?？紤]各規(guī)格的道次、延伸及電機(jī)能力，軋制溫度制度如表3。

4 軋制工藝優(yōu)化

4.1 軋件變形抗力增加

Nb微合金化在軋制過程的主要作用：（1）未溶Nb（CN）阻止高溫軋制過程中奧氏體晶粒的長大;（2）軋制過程中析出的Nb（CN）阻止形變奧氏體的再結(jié)晶。由于Nb在軋制中對奧氏體晶粒的細(xì)化作用，軋件變形抗力增加，各道次軋制力均有不同程度的提升，在實(shí)際生產(chǎn)中，導(dǎo)致粗中軋軋機(jī)斷輥燒軸承現(xiàn)象激升，斷輥比例較非Nb微合金化坯料軋制上升了20%左右，另一個隱患為精軋K1、K2因軋件強(qiáng)度提升，表現(xiàn)為軋輥不耐磨，孔槽過鋼量下降20%左右，孔型崩孔現(xiàn)象增加。為解決軋輥軋制量、斷輥燒軸承和崩孔，減少軋機(jī)電流，勢必要降低軋件變形抗力，適量提高開軋溫度15℃，調(diào)整為1040±30℃，加熱段與均熱段分別提高10℃，經(jīng)過一段時間試驗(yàn)與批量生產(chǎn)，成效如下：

（1）性能較提溫之前降低2Mp左右，有效作業(yè)率提高0.5%，生產(chǎn)更加順暢，班產(chǎn)提高12噸，煤耗增加1.1m3/t，電耗降低1.5kWh/t，成材率提高0.12%，綜合降成本3.41元/噸。

（2）棒材線K1輥的軋制量略有提升，但是K2輥軋制量提升13%。

4.2 切分工藝成品彎曲

Nb微合金化在軋制過程中的析出與溫度密切相關(guān)，在切分工藝中，切分后靠中間邊緣部分為原軋件芯部，與切分兩邊溫差在50℃左右。切分軋制和軋后冷卻過程中， Nb（CN）在整個奧氏體和鐵素體斷面析出的不均勻，形成變形應(yīng)力差，在隨后的剪切、收集過程中出現(xiàn)彎鋼現(xiàn)象。彎鋼在軋制過程中無法有效解決，主要控制成品的冷卻均勻性，通過優(yōu)化冷床上鋼參數(shù)、裙板安裝維護(hù)、剪切標(biāo)準(zhǔn)和安裝變頻地輥解決了彎鋼現(xiàn)象。

4.3 連續(xù)屈服

試驗(yàn)過程中，φ12mm、φ18mm和φ25mm規(guī)格Nb微合金化HRB400E抗震鋼筋均出現(xiàn)連續(xù)屈服的情況。分析原因，Mn降低鋼的Ar1、Ar3、Ms溫度和共析點(diǎn)的碳含量以及鋼種相變速度，結(jié)果是鐵碳相圖中共析點(diǎn)向左下方移動，降低奧氏體分解速度，增加淬透性，Nb微合金化可提高貝氏體相變點(diǎn)，提高了貝氏體的溫度區(qū)間。出現(xiàn)連續(xù)屈服的貝氏體含量達(dá)到10-30%，主要由于Mn含量過高和軋后冷卻速度過快導(dǎo)致，通過降低Mn含量0.05%和降低上冷床溫度控制貝氏體含量。

5 效果及分析

5.1 性能（見表4）HRB400螺紋鋼性能全部符合GB1499.2-2018要求，且余量充足，強(qiáng)屈比≥1.25，冷彎合格，時效在15MPa以內(nèi)，波動較小。

5.2 金相組織

Nb微合金化HRB400E抗震鋼筋各規(guī)格金相組織為F+P+芯部（4-5%）B，鐵素體晶粒度為9-10.5級，組織合格（圖1）。

5.3 焊接性能

焊接試樣拉伸位置遠(yuǎn)離焊縫，有明顯的均勻延伸和縮頸，各規(guī)格焊接性能合格。

6 結(jié)論

（1）Nb微合金強(qiáng)化機(jī)理貫穿于加熱、軋制和冷卻的軋鋼全流程，通過細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和相變強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，各規(guī)格性能、金相和焊接全部合格。

（2）軋制溫度控制優(yōu)化能有效解決軋輥軋制量、斷輥燒軸承和崩孔等問題，綜合軋鋼工序降成本3.41元/噸。

（3）適當(dāng)減少M(fèi)n含量和降低上冷床溫度能有效控制

貝氏體含量，解決連續(xù)屈服無屈服點(diǎn)的問題。

（4）Nb微合金化技術(shù)替代V強(qiáng)化工藝，綜合合金降成本100元/噸左右，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。

參考文獻(xiàn)：

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