HRB600E高強抗震鋼筋制備工藝及特點分析

呂昕暉，紀興華

1 HRB600E高強抗震鋼筋特點和優(yōu)勢

我國是一個地震頻發(fā)的國家，地震對我國人民的生命和財產(chǎn)造成了巨大的損失。據(jù)統(tǒng)計，自20世紀以來，我國發(fā)生6級以上的破壞性大地震的次數(shù)有800余次。死于這些地震的人數(shù)高達55萬之多，占全球地震死亡人數(shù)的一半以上。特別是在“汶川”地震后，提升建筑物抗震性能的問題已引起政府和企業(yè)的高度重視，相關(guān)地區(qū)的建筑抗震等級要求不斷提升，國際地震局也要求部分地震帶房屋建筑抗震等級需要達到一定標(biāo)準，針對人員密集場所的建筑，需要根據(jù)高于地方房屋建筑的抗震設(shè)防要求來進行，以此切實提升建筑抗震性能。

以門型側(cè)向抗震支吊架結(jié)構(gòu)為例來說，抗震連接構(gòu)件主要是以高強抗震鋼筋為主，這些連接構(gòu)件在整個建筑抗震中具有重要的作用，其性能和質(zhì)量也關(guān)系整個抗震結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和質(zhì)量。600MPa帶肋高強鋼筋是新一代建筑用鋼，與HRB400鋼筋相比，具有強度高，延伸性好，抗震性優(yōu)，安全儲備大，混凝土振搗易，防腐性能更佳，綜合成本低，施工簡便等優(yōu)點；高強鋼筋是引領(lǐng)鋼鐵與建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有革命性的新材料，代表未來建筑用鋼的方向。鋼筋強度從335MPa的II級上升到400MPa的III級，這樣可以有效節(jié)約15%左右的鋼材原料。要是將400MPa等級的鋼筋強度提升到500MPa等級，這樣還能在此基礎(chǔ)上節(jié)約10%左右的鋼材原料。據(jù)測算，如今鋼鐵行業(yè)的二氧化碳排放量占全球的7%，在過去十年中，每生產(chǎn)一噸鋼，就會排放1.83噸二氧化碳以及大量的二氧化硫、粉塵、等其它污染物。提升鋼筋的性能水平，節(jié)約鋼材料，推廣高強鋼筋已是大勢所趨，因此高強鋼筋的制備是經(jīng)濟節(jié)約與綠色制造的需求。

我國建筑主要部位的抗震等級要求顯示，大部分建筑的重要部位都要求抗震等級達到一級，這是高標(biāo)準的抗震要求。我國建筑事業(yè)發(fā)展規(guī)模較大，每年需要大量的鋼筋產(chǎn)品，年鋼筋消耗量接近一億噸，若能提升鋼筋強度等級，則至少可節(jié)約鋼筋原材料1000萬噸，這種節(jié)約帶來的社會效益、經(jīng)濟效益以及環(huán)境效益等都是巨大的，同時也是國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。鋼筋牌號后加E，表示較高要求的抗震鋼筋，從性能來看，HRB600E高強抗震鋼筋具有很好的市場應(yīng)用前景，在進行研制中，其所能帶來的社會效益也是顯著的。

2 HRB600E高強抗震鋼筋化學(xué)成分和力學(xué)性能要求

HRB600E高強抗震鋼筋的化學(xué)成分中，C含量要求不大于0.28%，Si含量不大于0.8%，Mn含量不大于1.6%，P、S含量不大于0.035%，根據(jù)需要，鋼中還可單獨或復(fù)合添加不同含量的V、Ti、Nb等元素。此外，鋼筋要求碳當(dāng)量不超過0.58，所謂碳當(dāng)量是指把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相對含量，作為一種參考指標(biāo)來評定鋼筋的焊接性能。鋼的化學(xué)成分允許偏差應(yīng)符合GB/T222《鋼的化學(xué)成分允許偏差》的規(guī)定，碳當(dāng)量的允許偏差為+0.03%。

就力學(xué)性能而言，HRB600E的Rel（抗拉強度）不應(yīng)小于600MPA,Rm(屈服強度)不應(yīng)小于750MPA。非抗震鋼筋伸長率類型可從A和Agt中選定，但仲裁檢驗時應(yīng)采用Agt，抗震鋼筋的伸長率類型為A和Agt。HRB600E的斷后延長率（A） 不小于15%，Agt(最大力總伸長率)不小于9%.

在抗震鋼筋的原牌號后面加上E，相應(yīng)的力學(xué)要求也會提升，主要應(yīng)該達到以下幾點要求：

第一，實測鋼筋抗拉強度和實測屈服強度的比應(yīng)該大于等于1.25；

第二，實測鋼筋屈服強度和屈服強度特征比應(yīng)該小于等于1.30；

第三，鋼筋的最大力總伸長率應(yīng)該大于等于9%。

第四，抗震鋼筋應(yīng)進行反向彎曲試驗，反向彎曲試驗的彎芯直徑比彎曲試驗相應(yīng)增加一個鋼筋直徑，先正向彎曲90。，再反向彎曲20。。經(jīng)反彎試驗后，鋼筋受彎曲部位表面不得產(chǎn)生裂紋?？捎梅磸澰囼灤鎻澢囼?。

3 HRB600E高強抗震鋼筋生產(chǎn)方案設(shè)計

結(jié)合GB1499.2-2018的標(biāo)準要求，鋼筋應(yīng)以熱軋狀態(tài)交貨，確定了相應(yīng)余熱處理鋼筋不在標(biāo)準使用范圍內(nèi)，且要確保鋼筋金相組織以鐵素體和珠光體為主。所以，相關(guān)鋼鐵廠可以結(jié)合自身的鈦資源優(yōu)勢，使用鈦鐵合金化、氮化釩鐵合金化以及氮化釩鐵+釩鐵復(fù)合合金化技術(shù)，按照標(biāo)準要求來提升HRB600E高強抗震鋼筋的抗震強度。

3.1 鋼筋強屈比影響因素

在鋼筋強屈比影響因素中，碳、硅、錳這三類元素是最主要的，其中，碳元素對于鋼筋的強度和強屈比的影響最為明顯；硅元素能夠有效提升鋼筋強屈比，但是對于鋼筋強度的提升作用沒有錳元素好。在相應(yīng)成分設(shè)計中，需要綜合把握相關(guān)強度和塑性、焊接性能指標(biāo)，從而科學(xué)確定相應(yīng)元素的含量。

其次，釩微合金化方式也會影響鋼筋的強屈比。通過對于不同釩微合金化方式對鋼筋強屈比以及抗拉強度、屈服強度等的回歸分析，對比相關(guān)回歸數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)氮化釩鐵、氮化釩以及釩鐵都會影響鋼筋的強屈比、抗拉強度以及屈服強度回歸結(jié)果。在鋼材中釩含量確定的情況下，釩鐵合金化對于鋼材的強屈比降低效果最不明顯。在鋼材中的氮含量不斷升高時，釩析出強化以及細晶強化的作用越來越突出，這對于降低強屈比作用也會越來越明顯。在鋼材中，釩的沉淀強化效果與析出相的數(shù)量、質(zhì)點數(shù)量多少、彌散度等密切相關(guān)，一般質(zhì)點越多，彌散越小，相應(yīng)的沉淀強度就會越大。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，鋼材中釩的比例越高，沉淀度就越好。例如，某鋼材廠中鋼水中的原始氮含量越高，這時候加入氮化釩或者是氮化釩鐵帶入的氮元素，這樣釩和氮的比例都超過理想值。簡單來看，鋼水不管是氮化釩還是氮化釩鐵合金化，釩在鋼材中的沉淀強化作用都會達到最大化，氮化釩鐵中多余的氮對于細晶強化有很好的促進效果。

結(jié)合相應(yīng)的回歸統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及相關(guān)鋼鐵廠中鐵水中還有釩的特征，在生產(chǎn)HRB600E高強抗震鋼筋中采用釩微合金化方式。針對小規(guī)格鋼筋，可以通過氮化釩鐵合金化方式，而對于大規(guī)格的鋼筋制造，可以使用氮化釩鐵+釩鐵復(fù)合合金化方式。

3.2 HRB600E高強抗震鋼筋制備工藝

3.2.1 工藝路線

HRB600E高強抗震鋼筋重要的工藝步驟如下：

高爐鐵水——轉(zhuǎn)爐冶煉——脫氧合金化——LF爐精煉——方坯連鑄——加熱——棒線材機組壓制——冷卻——收集——產(chǎn)品檢驗——包裝——入庫。

3.2.2 工藝控制

要確保 HRB600E高強抗震鋼筋的屈服強度控制效果，確保其強度能夠達到相應(yīng)抗震標(biāo)準，同時，確保鋼筋強度和塑性匹配度最理想，所以，必須要對加工中的C/Mn/V元素含量進行嚴格控制。針對C/Mn一般根據(jù)中線控制，按照不同軋制規(guī)格來對于V的加入方式進行調(diào)整。

其次，是做好冶煉環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。要確保HRB600E高強抗震鋼筋的鋼坯質(zhì)量，有效降低鋼水氧化鋅，需要對于冶煉重點中的C含量進行準確把控，要確保鋼中夾雜物能夠充分上浮，還要確保吹氬時間足夠，與此同時，進行連鑄到時候，要實施全過程保護澆注，確保鋼坯拉速的穩(wěn)定性和可靠性。

LF 爐精煉過程主要是對鋼水進行去除雜質(zhì)、脫氧以及脫硫等，對其化學(xué)成分、溫度進行微調(diào)或調(diào)整，以保證鋼水質(zhì)量，全力保障為連鑄過程穩(wěn)定澆注。由于高強鋼筋對 P、S 含量要求不是很高，若使用低硫鐵水制備鋼筋，則無需經(jīng) LF 爐精煉，這樣便可縮短制備工藝流程，大幅度提高制備效率，但需要注意的是，不經(jīng) LF 爐精煉的鋼筋，其化學(xué)成分波動較大，這樣將影響鋼筋質(zhì)量穩(wěn)定性。經(jīng) LF 爐精煉工藝，不僅可解決高硫鐵水導(dǎo)致的轉(zhuǎn)爐脫硫困難問題，同時可對鋼筋化學(xué)成分進行微調(diào)，使得鋼筋化學(xué)成分和質(zhì)量穩(wěn)定性提高。

連鑄過程主要是對中包溫度、拉速、二次冷卻強度等進行控制，從而進一步保證鑄坯質(zhì)量，澆注出符合棒材軋制的坯料，為棒材鑄坯軋制做好準備。澆注前期，中間包和浸入式水口應(yīng)烘烤至紅熱狀態(tài)，中間包內(nèi)需保持潔凈無雜物，防止鋼水污染和粘結(jié)；連鑄過程采用全程保護澆注，即鋼包到中間包使用保護套管保護澆注，中間包鋼水液面覆蓋中包覆蓋劑，中包到結(jié)晶器使用浸入式水口保護澆注，結(jié)晶器鋼水液面添加低合金鋼結(jié)晶器保護渣，從而對鋼水進行保溫和防止鋼水二次氧化。

軋制對于HRB600E高強抗震鋼筋的抗震強度也有重要影響，在軋制中，需要進行合理的加熱制度制定，結(jié)合不同生產(chǎn)線和不同軋制規(guī)格來對于鋼坯出爐溫度進行控制，保證終軋的溫度穩(wěn)定，防止出現(xiàn)鋼筋組織粗大或者是組織不均勻的情況，避免這些問題導(dǎo)致HRB600E高強抗震鋼筋性能下降。針對盤條鋼筋的制備，需要對于控軋控冷參數(shù)執(zhí)行嚴格控制，按照盤條鋼筋的實際生產(chǎn)特性，制定吐絲溫度和散冷線參數(shù)，對于相應(yīng)風(fēng)機開啟臺數(shù)、風(fēng)量等進行調(diào)節(jié)，真正保證盤條鋼筋能夠均勻冷卻，提升鋼筋的通條性能。此外，針對大規(guī)格鋼筋的外形設(shè)計和改進中，要確保冷彎性達到要求。

為確定 HRB600E 高強抗震鋼筋生產(chǎn)工藝，應(yīng)從HRB600E高強抗震鋼筋拉伸及彎曲性能、組織、焊接性能及疲勞性能等方面做好檢驗和分析，對制備工藝進行優(yōu)化，最終達到批量穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

4 HRB600E高強抗震鋼筋制備質(zhì)量提升對策

4.1 注重技術(shù)研發(fā)，提升生產(chǎn)制備質(zhì)量

傳統(tǒng)的鋼筋連接方式通常采用手工電弧焊、電阻對焊等工藝技術(shù)，由于受操作人員技術(shù)水平的影響，往往焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，焊接接頭受熱后容易發(fā)生脆性斷裂，接頭延性難以滿足使用要求，特別是十字形連接和T字形連接，傳統(tǒng)焊等工藝技術(shù)難以實現(xiàn)等強連接。這樣引發(fā)的后果是，一旦發(fā)生地震、樓房垮塌等事故，混凝土先發(fā)生松散，導(dǎo)致鋼筋散開，如果此時箍筋箍得不緊，將加速樓房的垮塌速度和受損程度，增加危險系數(shù)。要促進高強抗震鋼筋的性能不斷提升，優(yōu)化高強鋼筋的抗震性能，提升抗震等級等，必須要加強新技術(shù)研發(fā)，在高強鋼筋生產(chǎn)中，不斷加快技術(shù)研發(fā)步伐，加速新專利技術(shù)在高強抗震鋼筋制備中的應(yīng)用，提升生產(chǎn)效益。目前，高強抗震鋼筋的技術(shù)研發(fā)工作還在進一步開展中，例如，新型的焊接箍筋是經(jīng)專用焊接設(shè)備進行等強焊接，由此可節(jié)約復(fù)合箍筋的彎鉤和重復(fù)段材料，使箍筋的整體性和現(xiàn)場使用的便捷性更好，增強穩(wěn)定性和抗壓性，有效提高結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量。針對云南地震多發(fā)的實際和建設(shè)節(jié)約型社會的舉措，2008年武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司開始研發(fā)500兆帕高強度抗震鋼筋，目前該產(chǎn)品生產(chǎn)及推廣應(yīng)用技術(shù)處于全國領(lǐng)先水平，項目研究成果獲2011年云南省科技進步一等獎。昆鋼先后開展了500兆帕高強度鋼筋強化機理研究、產(chǎn)業(yè)化集成技術(shù)開發(fā)、施工技術(shù)規(guī)范編制等一系列工作，多項技術(shù)達國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平，形成了多項自主知識產(chǎn)權(quán)，申請專利24項，授權(quán)14項。項目還在國內(nèi)首次主導(dǎo)編制出建筑工程應(yīng)用500兆帕鋼筋地方標(biāo)準，為國內(nèi)全面推廣運用高強度鋼筋提供了很好的技術(shù)平臺。可見，通過技術(shù)研發(fā)，能夠有效提升鋼筋抗震性能，這對于優(yōu)化鋼筋生產(chǎn)制備過程也有重要價值。

在進行高強抗震鋼筋的技術(shù)研發(fā)中，圍繞最新技術(shù)和HRB600E高強抗震鋼筋的優(yōu)缺點，結(jié)合《HRB600E鋼筋應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的一些重要條文進行了解讀。這條技術(shù)規(guī)程是由張維匯專家主編，從鋼筋的術(shù)語符號、適用范圍、設(shè)計、材料選擇、構(gòu)造規(guī)定、質(zhì)量驗收、加工安裝等多個方面對HRB600E進行全面了解。通過對條文的解讀，讓相關(guān)參與人員對這種綠色鋼筋的認識更加透徹，為以后的使用打下基礎(chǔ)。通過有效把握HRB600E高強鋼筋的技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟性及社會效益等優(yōu)勢分析、HRB600E高強鋼筋的主要設(shè)計使用范圍及注意事項等。對于這樣一種新型鋼筋，鋼筋抗震性能好、市場前景大，以后設(shè)計和采購的企業(yè)會越來越多，所以相關(guān)技術(shù)研發(fā)的效益也是可觀的。

4.2 強化生產(chǎn)人員技術(shù)培訓(xùn)，提升育人實效

在鋼筋的制備過程中，相關(guān)材料的使用、檢修、更換等工作都需要相關(guān)工作人員來執(zhí)行，確保相關(guān)高強抗震鋼筋制備生產(chǎn)能夠正常運作，而相關(guān)工作人員自身的技術(shù)水平和能力對HRB600E高強抗震鋼筋的生產(chǎn)加工工藝質(zhì)量也會產(chǎn)生較大影響。為提升HRB600E高強抗震鋼筋制造技術(shù)水平，更好地適應(yīng)國家抗震建筑發(fā)展需求，提高行業(yè)整體專業(yè)知識水平，探索專業(yè)技術(shù)協(xié)會、制造企業(yè)與高校合作開展專業(yè)人才培養(yǎng)新路，提升HRB600E高強鋼筋制備和生產(chǎn)領(lǐng)域相關(guān)人才的綜合能力和水平，必須要強化對相關(guān)工作人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)工作，結(jié)合日常實際工作，著重講解HRB600E高強鋼筋的性能和在工作中的實際應(yīng)用，并普及員工未曾接觸到的高強抗震鋼筋型號、制備工藝和生產(chǎn)技術(shù)技巧等相關(guān)內(nèi)容。圍繞加工HRB600E高強鋼筋的標(biāo)準規(guī)范，重點學(xué)習(xí)如何對HRB600E高強抗震鋼筋進行冶煉和鍛造，將理論學(xué)習(xí)和實操訓(xùn)練充分結(jié)合。從點入手，由點及面，致力于率先培養(yǎng)出一批多工種技能人才，逐步加強車間全體員工對機床加工知識的學(xué)習(xí)和掌握，不斷打造更多、更強的多工種技能人才，為公司改革發(fā)展提供重要的人才保障。

通過專題培訓(xùn)，能夠讓相關(guān)員工精準把握HRB600E高強抗震鋼筋的使用和性能，做好相應(yīng)HRB600E高強鋼筋的制備流程和工藝管理，確保HRB600E高強鋼筋制備過程合理，延長HRB600E高強鋼筋使用壽命，同時也能有效地提升公司青工業(yè)務(wù)知識，激發(fā)公司員工的工作熱情和積極性，對公司機加工車間打造“學(xué)習(xí)型、專業(yè)型、效率型”團隊具有十分積極重要的意義。通過不斷強化HRB600E高強鋼筋的制備人員技術(shù)水平，提升HRB600E高強鋼筋的整體生產(chǎn)技術(shù)和水平，為提升其在抗震建筑中的應(yīng)用效果打好基礎(chǔ)。

5 總結(jié)

HRB600E高強抗震鋼筋具有多重性能優(yōu)勢，HRB600E高強抗震鋼筋的有效制備、使用及推廣對提升建筑抗震性能具有重要作用，且通過提升鋼筋的抗震強度，可有效節(jié)約鋼材，這是經(jīng)濟節(jié)約與綠色制造的需要，同時對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施意義重大。本文通過對HRB600E高強抗震鋼筋的特點以及相關(guān)性能進行分析，研究了HRB600E高強抗震鋼筋的制備工藝和質(zhì)量提升關(guān)鍵，為HRB600E高強抗震鋼筋的有效制備提供了一些思路。