HRB400E 含鈮螺紋鋼筋的開(kāi)發(fā)實(shí)踐

蔣建波，惠宏智，趙新成

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

隨著我國(guó)“質(zhì)量強(qiáng)國(guó)”的進(jìn)一步推動(dòng)和發(fā)展，現(xiàn)代建筑行業(yè)對(duì)鋼筋的使用要求也隨之發(fā)生了變化，尤其是鋼筋混凝土用鋼第2部分熱軋帶肋鋼筋（GB/T 1499.2-2018）改版實(shí)施后，要求建筑用鋼必須保證鋼筋在地震過(guò)程中發(fā)生變形但不發(fā)生斷裂，能夠有效吸收地震的能量，而不發(fā)生倒塌。漢鋼公司結(jié)合長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝，探索開(kāi)發(fā)鈮鋼生產(chǎn)工藝，逐步用20MnSiNb工藝代替20MnSiV工藝，從而達(dá)到降低公司HRB400E鋼筋生產(chǎn)成本，努力將陜西鋼鐵打造成為中國(guó)西部最具競(jìng)爭(zhēng)力的高端鋼鐵材料服務(wù)商[1]。

1 生產(chǎn)裝備及工藝流程

（1）漢鋼公司主要生產(chǎn)裝備：2×265m2燒結(jié)機(jī)、1×1280m3高爐、1×2280m3高爐、2×120t轉(zhuǎn)爐、2×R10-8機(jī)8流連鑄機(jī)、1×80萬(wàn)噸線材生產(chǎn)線、1×60萬(wàn)噸線材生產(chǎn)線、2×80萬(wàn)噸棒材生產(chǎn)線。

（2）漢鋼公司HRB400E鋼筋軋制工藝：優(yōu)質(zhì)鐵水、廢鋼→120t轉(zhuǎn)爐→脫氧合金化→吹氬喂絲→8機(jī)8流10m弧形連鑄機(jī)→連鑄坯→棒線加熱爐→粗軋、中軋、精軋控軋控冷→冷床→收集、打包→入庫(kù)[2]。

2 試軋開(kāi)發(fā)方案

漢鋼公司組織鈮微合金化HRB400E螺紋鋼筋的開(kāi)發(fā)實(shí)踐，按照工藝分為煉鋼部分和軋鋼部分，指定詳細(xì)的技術(shù)開(kāi)發(fā)方案，煉鋼初次冶煉3爐，全部熱送至軋鋼棒線加熱爐[3]。

2.1 冶煉控制

（1）化學(xué)成分設(shè)計(jì)。公司為了更好的控制軋制鋼筋各規(guī)格的性能指標(biāo)，研究制定了計(jì)劃軋制Ф12-25、Ф28/Ф32兩個(gè)化學(xué)成分區(qū)間，滿足化學(xué)成分符合企業(yè)的開(kāi)發(fā)技術(shù)要求，具體成分范圍詳見(jiàn)表1。

表1 棒線軋制含鈮螺紋鋼化學(xué)成分控制表（試軋）

（2）操作要求控制。鈮鋼冶煉過(guò)程嚴(yán)格控制鋼水化學(xué)成分，確保出鋼過(guò)程脫氧合金化，以及爐后吹氬喂絲過(guò)程符合操作規(guī)范，實(shí)現(xiàn)鋼包內(nèi)鋼水成分均勻，鋼中氣體夾雜和非金屬物夾雜滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）中包溫度控制。連鑄過(guò)程必須全保護(hù)澆鑄，且使用自動(dòng)加渣裝置，液面自動(dòng)控制系統(tǒng)。非中包開(kāi)澆爐次按照正常爐次控制，過(guò)熱度按照中下限控制，連鑄時(shí)中間包鋼水盡量保持較小的過(guò)熱度，中包溫度控制詳見(jiàn)表2。

表2 中包溫度控制表

2.2 軋制控制

（1）在棒一和棒二同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)軋制規(guī)格為HRB400EΦ12-Φ32，加熱爐的加熱溫度[4]控制詳見(jiàn)表3。

表3 加熱爐溫度控制

（2）軋制工藝控制：軋鋼生產(chǎn)過(guò)程中，棒一主要軋制Ф20-32規(guī)格、棒二主要軋制Ф12-18規(guī)格，軋制料型尺寸和鋼筋外觀尺寸精度執(zhí)行GB/T1499.2-2018鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋及漢鋼公司HRB400E螺紋鋼內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。軋制速度執(zhí)行鈮鋼生產(chǎn)開(kāi)發(fā)方案：開(kāi)軋溫度按照熱坯1020℃±10℃、冷坯1030℃±10℃進(jìn)行控制，終軋溫度按照950℃～1050℃控制，鋼筋上冷床溫度按照850℃～930℃區(qū)間控制，整個(gè)軋制過(guò)程采取控軋控冷工藝，軋線開(kāi)啟設(shè)備冷卻保護(hù)水，對(duì)設(shè)備進(jìn)行降溫，確保設(shè)備穩(wěn)定順行[4]。

3 試驗(yàn)分析

為及時(shí)掌握軋制過(guò)程中的工藝質(zhì)量，對(duì)棒線軋制的Ф12-32鋼筋進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能、微觀組織進(jìn)行檢驗(yàn)分析，為保證試驗(yàn)的代表性，下面將在棒一和棒二軋制的規(guī)格中選取HRB400EФ12(最小規(guī)格)、HRB400EФ32（最大規(guī)格）進(jìn)行研究，通過(guò)檢驗(yàn)對(duì)適時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軋制工藝進(jìn)行調(diào)整，確保鋼筋的各項(xiàng)指標(biāo)合格。

3.1 連鑄坯低倍分析

（1）在連鑄坯工藝流程之后，前三爐次按照每爐隨機(jī)抽取1夾鋼坯下線，割取低倍試樣，通過(guò)酸洗槽進(jìn)行酸洗腐蝕，對(duì)鋼坯的低倍組織分析，鋼坯酸洗面鋼坯縱向可見(jiàn)明顯的中間裂紋、角部和中心裂紋，角部裂紋達(dá)到4.0級(jí)。

（2）為有效的緩解含Nb鋼坯出現(xiàn)大量裂紋的情況，決定對(duì)鋼水成分進(jìn)行調(diào)整，在Ф12-25規(guī)格中加入0.007～0.013含量的V元素，在Ф28-32規(guī)格中加入0.012～0.018含量的V元素，再次進(jìn)行鋼坯的低倍檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)對(duì)鋼水成分加入V元素的調(diào)整，鋼坯的裂紋得到明顯的改觀。

3.2 成分分析

對(duì)隨機(jī)下線的鋼坯化學(xué)成分進(jìn)行檢驗(yàn)，在棒線原料跨分別選取計(jì)劃軋制HRB400EФ12(最小規(guī)格)、HRB400EФ32（最大規(guī)格）的鋼坯進(jìn)行抽樣，隨機(jī)抽取1夾鋼坯割取A、B兩個(gè)試樣，利用AR-3460直讀光譜儀對(duì)其進(jìn)行成分測(cè)定，每個(gè)試樣打3個(gè)點(diǎn)，求取平均值作為成分的終點(diǎn)值。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 光譜檢驗(yàn)結(jié)果（軋制Ф12）

3.3 力學(xué)性能檢測(cè)

軋鋼廠按照冶煉的鋼水成分將鋼坯送對(duì)應(yīng)的棒線加熱爐，按照開(kāi)發(fā)方案中制定的工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)軋制。試軋期間分別在棒二隨機(jī)選取HRB400EФ12(最小規(guī)格)25批次、在棒一隨機(jī)選取HRB400EФ32（最大規(guī)格）25批次，每批取雙倍試樣（各100組）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)（反彎）分析，統(tǒng)計(jì)其最大值與最小值，計(jì)算出平均值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果（軋制Ф12）

3.4 金相分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證鋼筋的軋制工藝參數(shù)是否符合要求，對(duì)鋼筋的金相組織進(jìn)行檢驗(yàn)，分選取HRB400EФ12(最小規(guī)格)、HRB400EФ32（最大規(guī)格），分析其不同規(guī)格鋼筋的金相組織，在金相檢驗(yàn)中其組織為珠光體+鐵素體，未見(jiàn)異常組織出現(xiàn)，分析結(jié)果見(jiàn)圖9～圖12。

圖9 （HRB400EФ12） 圖 10 （HRB400EФ12）

圖11 （HRB400EФ32） 圖 12 （HRB400EФ32）

4 檢驗(yàn)結(jié)果討論

（1）在開(kāi)發(fā)試軋過(guò)程中，鋼坯低倍檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋼坯橫截面處出現(xiàn)大量的角部及中心裂紋，主要是鋼水中隨著Nb元素的含量增加，含鈮鋼坯的裂紋會(huì)加重。

（2）鋼坯試樣分析的A、B樣結(jié)果與原鋼水成分均符合成分控制要求，說(shuō)明鋼水冶煉期間的吹氬時(shí)間和擋渣工藝均達(dá)到了預(yù)期效果，鋼水的均勻性和純凈度可有效的保障。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)HRB400E(20MnSiNb)螺紋鋼筋的化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織等特征來(lái)看，各項(xiàng)指標(biāo)完全可以滿足GB/T 1499.2-2018標(biāo)準(zhǔn)要求，在漢鋼公司現(xiàn)有的技術(shù)裝備條件下，采用20MnSiNb工藝代替20MnSiV工藝生產(chǎn)HRB400E螺紋鋼筋的工藝路線是切實(shí)可行的，可以生產(chǎn)出性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的HRB400E熱軋帶肋鋼筋。

（2）含鈮鋼易發(fā)生鋼坯角部裂紋現(xiàn)象。其成因較多，漢鋼公司通過(guò)優(yōu)化連鑄工藝，減小矯直區(qū)二冷配水量，增加鑄坯表面溫度，避開(kāi)鈮鋼脆性溫度區(qū)間，使鈮鋼裂紋得到明顯緩解。