德標B500B鋼筋的開發生產

吳昌飛，李劍

（山鋼股份萊蕪分公司棒材廠，山東萊蕪 271104）

德標B500B鋼筋的開發生產

吳昌飛，李劍

（山鋼股份萊蕪分公司棒材廠，山東萊蕪 271104）

結合標準對外形尺寸及性能的要求，采用V、N微合金化工藝，通過設計孔型系統控制鋼筋外形尺寸，并通過合理的冶煉和軋制工藝保證產品質量，萊鋼開發了德標B500B鋼筋。產品質量檢測表明，各規格鋼筋外形尺寸、化學成分和力學性能等各項指標滿足DIN 488-2標準要求，服強度波動基本控制在40 MPa以內。

B500B鋼筋；微合金化；外形尺寸；化學成分；力學性能

1 前言

根據萊鋼棒材廠德標鋼筋產品出口任務，進行了德標B500B鋼筋的開發生產。根據DIN 488-1和DIN 488-2德標鋼筋要求，在充分研讀德標B500B鋼筋力學性能、工藝性能和外形形狀要求的基礎上，通過合理的化學成分設計、軋輥加工設計和工藝過程控制，研制的德標B500B鋼筋完全滿足DIN 488-2標準要求，獲得了德國MPA認證機構頒發的許可證書，實現了批量生產并出口德國。

2 B500B鋼筋技術要求

2.1 外形要求對比

德標鋼筋與國標鋼筋外形的要求見表1。

表1 德標與國標鋼筋外形的比較

德標與國標鋼筋外形的差異主要在橫肋和基圓的規范性要求上，德標鋼筋對橫肋截面有明確要求，對鋼筋基圓外形也有明確的要求，這給生產過程中外形尺寸的穩定控制提出了比較高的要求，需要特別關注成品前孔和成品孔的料型控制及相互間的匹配。同時軋制標識要求加粗橫肋的方式，用加粗橫肋間橫肋的個數對工廠的相關信息加以標識。加粗橫肋的頂寬不允許＞0.2d，為讓標識能夠清晰辨別，加粗橫肋頂寬的設計需兼顧二者的平衡。此外，德標要求橫肋根部與基圓進行圓滑過度，給軋輥加工和生產控制帶來了一定難度。

2.2 成分與性能要求對比

德標鋼筋與國標鋼筋成分與性能要求對比如表2所示。

表2 德標與國標鋼筋成分與性能的比較

德標與國標鋼筋成分與性能的差異主要在屈服強度、碳含量和碳當量的要求上，德標鋼筋屈服強度取上屈服點并且有上限要求，這一點與國標取下屈服點不同，碳含量和碳當量要求比國標低，同為500 MPa級別鋼筋，這給性能的保障增加了一定的難度，需要工藝過程的穩定性控制。

3 試制方案

3.1 化學成分設計

DIN 488-1標準規定B500B的化學成分和碳當量（熔煉分析）應符合表3要求，根據需要鋼中還可以加入Nb、V、Ti等元素。合理的化學成分對鋼筋的性能起著至關重要的作用，因此在制定B500B鋼筋的化學成分時，一方面參考DIN 488-2的規定，另一方面綜合考慮各元素在鋼中的作用，確保鋼筋各項性能不僅能夠滿足強度要求,還要保證強度和塑性有良好的配合。

碳是鋼中不可或缺的強化元素，碳含量每增加0.1%，屈服強度和抗拉強度可分別提高28 MPa和70 MPa［1］，但對鋼的塑性和焊接性能均不利。鑒于標準較低碳當量的要求，需要控制鋼中的碳含量不易過高。Mn的加入可提高固溶強化效果，降低相變溫度，細化鋼的組織，提高強度和韌性，且可以提高Nb、V、Ti在奧氏體中的固溶度，增強沉淀強化效果。Ti與氧的結合力強，回收率低且波動大，連鑄過程中容易造成水口結瘤，對脫氧、連鑄工藝要求較高；Nb具有較強的沉淀強化和細晶強化作用，但含Nb鋼連鑄時對二冷制度要求嚴格，控制不好連鑄坯易出現裂紋缺陷；V具有較強的沉淀強化作用，細化晶粒的作用也較強，冶煉時回收率高且穩定，而且能加速γ-α的轉變，縮小了貝氏體、馬氏體出現的幾率，可形成穩定的F+P組織［2］。考慮到鋼中加入N能顯著提高V的強化作用，綜合比較確定采用V、N合金進行微合金化?；瘜W成分設計見表3。

表3 德標B500B鋼筋設計熔煉化學成分

3.2 孔型系統設計

根據各生產線產線布置，充分考慮孔型盡量共用，提高生產作業率的原則，依據粗軋機軋制力大的特點，在粗軋機組采用大變形、大延伸。中精軋機組間采用橢圓-圓-橢圓的延伸孔型系統。經過料型分配、寬展量與延伸量的測算，中軋軋機延伸系數取1.20～1.30。根據標準對各規格米重的要求，并且基圓截面盡可能滿足圓形要求，對比國標鋼筋生產情況，僅對小規格成品孔孔型進行了優化設計，成品前孔延伸系數取1.10～1.25，成品孔延伸系數取1.15～1.25。

3.3 外形尺寸控制

根據標準對外形尺寸的具體要求，同時要滿足相對肋面積要求。經過核算論證，橫肋充滿度按85%核算，前滑值取值0.05，并從月牙形橫肋螺紋加工和生產經驗出發，在橫肋銑到槽底時，實際肋末間隙和低于標準要求最大值，規格越大實際間隙和與計算的最大值偏離越大。在滿足標準要求的基礎上，核算鋼筋外形尺寸各項參數控制下限見表4。為保障產品外形尺寸滿足標準相對肋面積要求，相關參數控制必須不低于實控下限要求。

表4 德標鋼筋外形參數控制要求

3.4 熔煉工藝控制

鐵水經過脫硫處理。造渣制度采用單渣工藝冶煉，全程化渣，爐渣堿度按2.8～3.2控制，采用高拉補吹。終點控制目標［C］≥0.12%，［P］%≤0.040，［S］%≤0.035。

在出鋼過程中，可依據鋼水狀況加入硅鈣鋇或鋇系（0.5～1）kg/t鋼，對鋼水進行脫氧。鋼水出至1/ 4時，加入硅錳、硅鐵合金、釩氮合金和微氮合金，鋼水出至3/4時加完，鋼包底吹氬總時間≥7 min。精煉吹氬開始大壓力攪拌2 min后取光譜樣，然后調整氬氣壓力進行軟吹，達到良好的吹氬效果。連鑄中包鋼水溫度：連鑄第一爐1 535～1 550℃，連澆爐次1 520～1 535℃。拉速為2.2～3.0 m/min。中包液面高度控制下限500 mm。

3.5 軋制工藝控制

德標標準提供了4種制造工藝，分別是：1）熱軋，無后續處理；2）熱軋并用軋制爐進行熱處理；3）熱軋和冷拉伸；4）冷軋（減厚）（通過拉伸或冷軋減徑）。萊鋼棒材廠根據生產設備情況及在熱軋工藝方面長期成熟的經驗積累，選擇第1種，確定采用熱軋工藝進行生產。

加熱制度。根據各產線加熱爐實際控制情況，確定加熱制度如表5所示。

表5 各產線加熱溫度℃

軋制工藝。采用熱軋工藝生產，鋼筋在冷床上采取自然空冷的方式冷卻，根據成分設計情況及標準對產品性能的要求，確定各產線軋制工藝控制參數如表6所示。

表6 各產線工藝過程控制參數

4 產品質量分析及優化改進生產

跟蹤生產情況，對各規格外形利用尺寸檢測儀器進行檢測，均符合標準要求。2016年7月，7個規格均按設計方案一次試驗成功并進行了批量生產，共生產了1 500余t。成品化學成分和力學性能合格率100%。鋼筋力學性能統計情況見表7。鋼筋力學性能全部合格，均滿足標準要求。

表7 B500B鋼筋力學性能統計情況

1）橫肋的改進。為保障橫肋縱截面保持月牙形，在成品前料型的控制上要保持合適的充滿度要求，成品前料型寬高比保持在2.0～2.2。由于德標鋼筋對橫肋與基圓圓滑過度的要求，在軋輥加工后對橫肋根部進行電火花修磨，圓弧過渡的同時也減輕了橫肋根部應力集中的情況，減少彎曲過程的裂紋傾向。2）質量穩定控制。為應對低碳當量并滿足標準性能要求，在Si、Mn的控制范圍進行了窄區間要求，按照中上限控制。采用釩氮微合金化成分設計，加入微氮合金。對影響產品性能的工藝過程參數明確精準控制要求，關鍵部位增設在線測溫計量儀表，關注開軋溫度和上冷床溫度的波動，及時調整，控制波動范圍在25℃以內。實際產品屈服強度波動基本控制在40 MPa以內，滿足了德標MPA認證機構要求。

5 結語

生產實踐證明，制定的德標帶肋鋼筋生產工藝適合當前煉鋼、軋鋼工藝要求，工藝技術參數設計合理，采用的軋輥加工工藝可行。生產的德標鋼筋尺寸精度高，表面質量好，各項性能指標滿足標準DIN 488-2的要求。

［1］楊才福，張永權，柳書平.釩、氮微合金化鋼筋的強化機制［J］.鋼鐵，2001，36（5）：55-57.

［2］石德珂.材料科學基礎［M］.北京：機械工業出版社，1999.

Development and Production of German Standard B500B Reinforced Bar

WU Changfei,LI Jian
（The Bar Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

To control the shape size through pass system design,to ensure the products quality by reasonable steelmaking and rolling process,the B500B reinforced bar is developed in Laiwu steel combining the standard requirements of size and the properties with VN micro-alloying technology.The products quality inspection showed that the steel appearance shape dimension,chemical composition and the mechanical properties can satisfy the requirements of the B500B reinforced in DIN 488-2.The fluctuation of yield strength is controlled lower than 40 MPa.

B500B reinforced bar;microalloying;boundary dimension;chemical composition;mechanical property

TG335.6+4

B

1004-4620（2017）02-0019-03

2017-02-27

吳昌飛，男，1982年生，2005年畢業于重慶大學材料科學與工程專業?，F為山鋼股份萊蕪分公司棒材廠工程師，從事軋鋼技術研究、質量管理等工作。