抗震鋼筋HRB500E生產工藝探究

樊寶華， 房金樂

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司， 陜西 漢中 724200）

陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司根據市場需求情況，從2013年開始研發試產HRB500E抗震鋼筋，截至目前，HRB500E盤螺 Φ6～Φ12規格和棒材Φ12～Φ40實現了全覆蓋，取得了很好的經濟效益，占據了一定的市場。高強度熱軋帶肋鋼筋不僅具有較高的強度，同時也具有較好的韌性，在提高工程質量減少鋼筋的使用量方面作用明顯。在開發過程中，HRB500E盤螺容易出現無屈服平臺，直條螺紋鋼經常有強屈比不合格情況發生。因此，公司結合檢驗結果、生產工藝以及理論分析，提出了一系列措施并通過驗證[1]。

1 生產方案設計

1.1 鋼坯成分設計（見表1）

表1 鋼坯成分設計 %

1.2 軋制工藝控制（見表2）

表2 軋制工藝控制

2 開發過程中存在的問題分析

HRB500E線材規格Φ6 mm、Φ8 mm規格螺紋鋼在試生產時，有些批次出現無屈服平臺現象，性能偏低；HRB500E棒材大部分規格容易產生強屈比不合格，導致性能待判[2-3]。

2.1 HRB500E線材Φ6、Φ8規格容易出現無屈服平臺現象

2.1.1 鋼材金相檢驗結果

如圖1所示，試樣組織為鐵素體+珠光體+貝氏體。

圖1 試樣金相組織

漢鋼計量檢驗中心對無屈服平臺的HRB500EΦ6盤螺進行了金相分析，發現無屈服平臺的盤螺均存在貝氏體。

2.1.2 貝氏體組織性能分析

經金相檢驗分析，無屈服平臺盤螺的組織中出現了大量粒狀貝氏體，其形成溫度一般在上貝氏體形成溫度以上和奧氏體轉變為貝氏體最高溫度以下的溫度范圍，其組織特征是在大塊狀或針狀鐵素體內分布著一些顆粒小島，這些小島可以分解為鐵素體和碳化物形成珠光體，可以轉變為馬氏體，也可以以殘留奧氏體的形式保留下來。無論怎樣，這些小島的分解均可以起到第二相強化作用。隨著小島的數量增加，鋼材的強度增加，塑性降低[4]。

2.1.3 貝氏體生成的原因

1）冷卻工藝的影響。研究表明，盤螺在風冷過程中終冷溫度低于550℃或冷卻速率大于12℃/s時容易產生粒狀貝氏體。

2）鋼坯中化學元素的影響。鋼材的化學成分中，C、Mn元素的含量對貝氏體的形成有很大影響。Mn在鋼材中溶于鐵素體和滲碳體中，起到固溶強化作用。亞共析鋼中隨著C、Mn元素含量的增加，使C曲線右移，提高過冷奧氏體的穩定性，結果使鋼在奧氏體化后在連續冷卻的條件下容易產生貝氏體。研究表明[w(C)+w(Mn)]/6＞1.6%時易出現貝氏體組織。

2.2 HRB500E棒材容易出現抗屈比不合

強屈比是判斷抗震鋼筋抗震與否的核心參數，影響鋼材強屈比的因素眾多，其中在軋制生產中溫度控制對強屈比的影響較大。

經分析提高開軋溫度或延長鋼坯在加熱爐中的保溫時間，使鋼材中晶粒粗大，提高軋制溫度及上冷床溫度，可以有效降低鋼材的屈服強度，但對鋼材的抗拉強度影響微小。研究表明，鋼材的抗拉強度主要由鋼坯的化學成分決定。因此，采用熱軋工藝可以提高鋼材的強屈比。同時做好成分的優化工作，盡量提升 V元素含量，降低 Si、Mn[5-6]。

3 工藝改進措施及效果

3.1 HRB500EΦ6、Φ8線材無屈服平臺的工藝改進措施

3.1.1 降低鋼材的冷卻速率

工藝改進，減緩冷卻速率和終冷溫度，將風機全部關閉，使風冷線上的輥道速度提高10%，保持圈距不小于40 mm，加速度大于6 m/s2，確保冷卻速率小于12℃/s，收集后盤卷快速堆垛，減緩冷卻速率。

3.1.2 提高終冷線上鋼材的終冷溫度

風冷輥道從第三段末加蓋保溫罩，第四段末鋼材溫度保持在750℃左右，此溫度在貝氏體轉化溫度550℃以上，杜絕鋼材中貝氏體組織的產生。

3.1.3 優化鋼坯化學成分

經過以上分析，后續生產HRB500EΦ6、Φ8線材中采取了“提V降Mn”的思路，V元素具有細化晶粒，對提高鋼材抗拉強度有很大貢獻。將Mn的質量分數由1.45%降至1.20%，V的質量分數由原來的0.040%提至0.070%。由于Si對過冷奧氏體的穩定性及C曲線影響較小，可以提高鋼坯中Si含量。C元素按照方案中的下線進行冶煉。

3.2 提高HRB500E棒材強屈比的措施

提高加熱爐溫度，將加熱爐均熱段溫度由過去的1 120～1 130℃提至1 180～1 200℃，均熱段溫度由過去的1 080～1 100℃提至1 160～1 180℃，與此同時做好合金優化工作，提高V元素含量降低Si、Mn含量。

以上措施實施后，后續HRB500EΦ6、Φ8線材生產中未出現無屈服平臺現象，提高了產品合格率。HRB500E棒材在改進生產工藝后杜絕了由于強屈比不合格而產生的廢品，目前漢鋼公司HRB500E棒材強屈比均保持在1.30左右。

4 結語

通過多次試產分析，在生產HRB500E時必須采用熱軋工藝，提高加熱爐溫度，高溫軋制，螺紋鋼及盤螺確保力學性能指標合格，盤螺生產全線穿水關閉，降低風冷線上的冷卻速率，提高終冷溫度，杜絕貝氏體的產生，同時必須做好鋼坯合金優化工作。

陜鋼集團漢鋼公司目前的產品升級工作正在有序開展，產品質量正逐步提升，通過解決HRB500E存在的問題，可為下步繼續提升新品質量做好技術支撐。

[1]陳偉，施哲，趙宇.氮化硅錳、釩氮合金生產HRB500E高強度抗震鋼筋應用研究[J].熱加工工藝，2010，39（4）：35-39.

[2]袁敏，喬湘麗，張銀生.HRB500E抗震鋼筋研制[J].現代冶金，2010，38（3）：20-22.

[3]張志強，底根順，王宏斌.HRB500E抗震鋼筋的試制[J].河北冶金，2011（8）：25-26；77.

[4]馬文，朱寶晶，陳文達，等.HRB400E、HRB500E大規格抗震鋼筋的研發[J].萊鋼科技，2011（4）：55-58.

[5]翁玉娟，喬國平，韓春良，等.HRB500E高強抗震鋼筋工藝優化[J].河北冶金，2014（4）：45-48.

[6]劉國良，郭營利.采用釩氮合金生產HRB500E實踐[J].甘肅冶金，2015，37（2）：63-66.