抗震鋼筋HRB500E 強(qiáng)屈比性能不合格探析

徐 峰，晏小惠

（漢中鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西 漢中 724200）

HRB500E 抗震鋼筋與普通鋼筋相比，主要增加了強(qiáng)屈比、屈標(biāo)比、最大力總延伸率三項(xiàng)質(zhì)量特征值，即強(qiáng)屈比不小于1.25，屈標(biāo)比不大于1.3，最大力總延伸率不小于9%[1]。在實(shí)際生產(chǎn)中，主要通過(guò)控軋控冷來(lái)提高鋼材強(qiáng)度，由于細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)屈服強(qiáng)度的影響較大，經(jīng)常出現(xiàn)HRB500E 抗屈比不足情況。漢中鋼鐵有限責(zé)任公司（全文簡(jiǎn)稱(chēng)“漢鋼”）軋鋼廠11 月份生產(chǎn)的抗震鋼筋HRB500EΦ25 mm 出現(xiàn)了強(qiáng)屈比不足的現(xiàn)象，本文通過(guò)對(duì)其熔煉成分、控制工藝兩大方面進(jìn)行分析，找出生產(chǎn)中強(qiáng)屈比不足的原因。

1 生產(chǎn)實(shí)踐

漢鋼軋鋼廠于11 月份軋制16 爐HRB500EΦ25 mm 鋼材，初檢4 爐因強(qiáng)屈比不足待判。因此對(duì)其性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將待判樣編為1—4 號(hào)。

1.1 綜合力學(xué)性能（見(jiàn)表1）

從表1 可看出，除了強(qiáng)屈比之外，鋼材其他性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定要求。其中合格部分控制較好，屈標(biāo)比維持在1.1 左右。待判部分主要因屈服強(qiáng)度太高，使得屈標(biāo)比較正常試樣高0.1 左右。

1.2 熔煉成分

對(duì)所選試樣進(jìn)行熔煉成分檢測(cè)，結(jié)果如表2 所示。

表2 熔煉成分表

此次生產(chǎn)，待判樣成分中，C 和Mn 元素以及碳當(dāng)量略低于合格樣，其余元素含量大致一致。

1.3 控制工藝

本次軋制中，軋線(xiàn)各控制參數(shù)調(diào)整如表3 所示。

表3 生產(chǎn)控制參數(shù)表

此次生產(chǎn)的HRB500EΦ25 mm 鋼材，起初終軋速度按9 m/s 控制，冷坯保溫時(shí)間按2 h 控制，負(fù)差保守控制，軋后使用輕穿水，待性能檢測(cè)出來(lái)后，發(fā)現(xiàn)屈服強(qiáng)度偏高，強(qiáng)屈比不合格。通過(guò)調(diào)整精軋后穿水，提高上冷床溫度，強(qiáng)屈比仍不理想。后將終軋速度提高到9.5 m/s，上調(diào)開(kāi)軋溫度、上冷床溫度和負(fù)差，強(qiáng)屈比恢復(fù)正常。

1.4 鋼材氣體含量檢測(cè)

在22 ℃和相對(duì)濕度（RH）為48%的前提下，選擇4 爐合格試樣和4 爐不合格試樣對(duì)鋼材氣體含量進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下頁(yè)表4 所示。由表4 可看出，不合格試樣的w（N）明顯高于合格試樣，w（O）大致相同。

表4 HRB500EΦ25 mm 規(guī)格試樣氣體含量監(jiān)測(cè)結(jié)果表

2 分析討論

2.1 綜合力學(xué)性能結(jié)果分析

此次生產(chǎn)待判原因皆為強(qiáng)屈比不足，而強(qiáng)屈比是抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的比值，屈服強(qiáng)度過(guò)高或抗拉強(qiáng)度過(guò)低都可能導(dǎo)致強(qiáng)屈比不合格。根據(jù)上頁(yè)表1 結(jié)果可知，此次待判原因是屈服強(qiáng)度太高，其屈服強(qiáng)度比正常試樣高約40 MPa，抗拉強(qiáng)度比正常試樣高約25 MPa。所有試樣性能均遠(yuǎn)超國(guó)標(biāo)規(guī)定值，性能富余較多。

2.2 熔煉成分分析

Si、Mn、V 等元素都可有效提高鋼材強(qiáng)度，其中C元素對(duì)提高鋼材強(qiáng)度有著絕對(duì)性影響，但C 含量過(guò)高將降低鋼材塑性，影響焊接性能[2]。C、Si、Mn 元素均為固溶強(qiáng)化元素，C和Mn 元素多存在于珠光體中，對(duì)抗拉強(qiáng)度的提升有顯著效果，而Si 元素多存在于鐵素體中，因此適當(dāng)增大C 和Mn 元素含量可提高鋼材屈強(qiáng)比。

V 元素在軋制過(guò)程中主要通過(guò)再結(jié)晶的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化的目的，而細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)鋼材屈服強(qiáng)度提升有較為明顯的作用。在軋后冷卻過(guò)程中，V 元素以相較更低的溫度析出來(lái)，實(shí)現(xiàn)析出強(qiáng)化的目的，而析出強(qiáng)化對(duì)鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均有顯著提升效果。因此在條件允許情況下，可適當(dāng)降低V 含量來(lái)提高鋼材屈強(qiáng)比。

2.3 控制工藝分析

此次生產(chǎn)中主要對(duì)上冷床溫度、終軋速度、負(fù)差進(jìn)行調(diào)整。其中上冷床溫度由穿水工藝和終軋速度控制，因終軋速度調(diào)整受諸多因素限制，且在實(shí)際生產(chǎn)中存在提不起速現(xiàn)象，所以上冷床溫度主要由穿水控制，使用穿水工藝可顯著提高鋼材強(qiáng)度，并細(xì)化晶粒。根據(jù)hall-petch 公式σS=σ0+Kd-1/2（其中σS為屈服強(qiáng)度，σ0為作用在位錯(cuò)上的摩擦力，K 為系數(shù)，d 為晶粒尺寸）可知，晶粒越細(xì)，鋼材強(qiáng)度就越高[3]。由于細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)屈服強(qiáng)度的影響幅度比對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響幅度大，故采用穿水工藝細(xì)化晶粒的方式會(huì)使得強(qiáng)屈比降低。為了得到較好的強(qiáng)屈比，在生產(chǎn)中主要通過(guò)提高上冷床溫度來(lái)使晶粒長(zhǎng)大，可有效減小細(xì)晶強(qiáng)化帶來(lái)的不利影響。在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)負(fù)差對(duì)強(qiáng)屈比亦有影響，負(fù)差做大后屈服強(qiáng)度的下降值大于抗拉強(qiáng)度的下降值，故在因屈服強(qiáng)度偏高導(dǎo)致強(qiáng)屈比偏低時(shí)，可通過(guò)增大負(fù)差來(lái)達(dá)到提高強(qiáng)屈比的目的。

2.4 鋼材氣體含量分析

通過(guò)表4 可明顯看出，鋼材w（O）大體一致，w（N）與屈服強(qiáng)度成正相關(guān)，w（N）越高，屈服強(qiáng)度就越高。w（N）增加65×10-6，可使屈服強(qiáng)度增加40 MPa 左右，抗拉強(qiáng)度增加25 MPa 左右，對(duì)強(qiáng)屈比而言有變小的趨勢(shì)。w（N）偏高時(shí)，V 的析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用更加明顯。因此w（N）對(duì)鋼材的強(qiáng)度影響很大，且這種影響不能通過(guò)后期軋鋼調(diào)整工藝來(lái)補(bǔ)救。為提高強(qiáng)屈比，使得鋼筋有良好的抗震性能，煉鋼時(shí)必須對(duì)合金源頭加以控制，減少出鋼環(huán)節(jié)吸氮現(xiàn)象，降低鋼種夾雜物數(shù)量，做好保護(hù)澆鑄，降低鋼坯中w（N）。

3 結(jié)論

1）導(dǎo)致HRB500E 抗震鋼筋強(qiáng)屈比不足的原因主要是穿水工藝帶來(lái)的細(xì)晶強(qiáng)化和熔煉合金帶來(lái)的析出強(qiáng)化，兩者在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)亦降低了強(qiáng)屈比，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)充分考慮成分、軋制工藝、性能等多種因素及其相互作用對(duì)鋼材性能結(jié)果的影響。

2）生產(chǎn)中鋼材性能富足較大時(shí)，可通過(guò)適當(dāng)提高上冷床溫度、終軋速度和增大負(fù)差來(lái)提高鋼材屈強(qiáng)比。

3）煉鋼環(huán)節(jié)必須保證w（N）的穩(wěn)定，從而確保鋼材性能穩(wěn)定。