盤(pán)螺HRB400E屈服強(qiáng)度偏高分析

馮 寶， 楊其敏， 邱衛(wèi)鋒， 葉德新

（寶武集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司， 廣東 韶關(guān) 512123）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步入結(jié)構(gòu)優(yōu)化、動(dòng)力轉(zhuǎn)換的新常態(tài)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)在結(jié)構(gòu)調(diào)整和需求升級(jí)方面也遇到了新的機(jī)遇。為了提高建筑物的使用年限，同時(shí)減少鋼材用量，我國(guó)全面普及使用400 MPa級(jí)鋼筋，推廣使用500 MPa及以上高強(qiáng)鋼筋。HRB400E是帶抗震作用的400 MPa級(jí)鋼筋，比普通鋼筋的延展性更好，從而能夠更好地保證重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時(shí)具有足夠的塑性變形能力和耗能能力，從而提高了建筑物抵抗地震的能力。抗震鋼筋屈服強(qiáng)度不能過(guò)高，需滿足鋼筋的實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度特征值之比，比值不大于1.30（400 MPa級(jí)鋼筋屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值不大于520 MPa）的要求。為穩(wěn)定控制鋼筋屈服強(qiáng)度，目前較為普遍的生產(chǎn)控制方法是微合金化生產(chǎn)。

1 生產(chǎn)工藝流程和存在問(wèn)題

1.1 生產(chǎn)工藝流程

寶武集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱韶鋼）盤(pán)螺HRB400E的生產(chǎn)工藝流程為：頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉→氬站處理→（LF爐外精煉）→方坯連鑄機(jī)澆注→鑄坯驗(yàn)收→鑄坯紅送/冷裝→鋼坯入加熱爐加熱→高線控軋控冷→精整→成品檢驗(yàn)→打包→稱質(zhì)量→材料入庫(kù)。

工藝流程說(shuō)明：為了穩(wěn)定盤(pán)螺各部分的性能，提高盤(pán)螺通條性，需確保鋼水成分的均勻性，煉鋼單位在氬站處理工序補(bǔ)加合金（包括碳粉）、降溫料后吹氬時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，確保所加合金全部溶解并在鋼液中分布均勻。LF爐外精煉為非必須流程，如因調(diào)整成分需要或者生產(chǎn)節(jié)奏需要鋼水經(jīng)過(guò)LF爐外精煉流程，需嚴(yán)格控制低吹氬氣流量，避免鋼水裸露，并在電弧的作用下異常吸氮。

1.2 存在的問(wèn)題

某客戶反映，從韶鋼采購(gòu)的某檢驗(yàn)批（檢驗(yàn)批號(hào)：Z79068560）10 mm規(guī)格HRB400E盤(pán)螺經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)屈服強(qiáng)度偏高，工地?zé)o法正常使用，需更換相應(yīng)質(zhì)量的鋼材避免影響工期。具體檢測(cè)性能結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)要求如表1所示。

表1 盤(pán)螺HRB400E力學(xué)性能

從表1可以看出，該批盤(pán)螺HRB400E的屈服強(qiáng)度高出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，其他指標(biāo)如抗拉強(qiáng)度等滿足技術(shù)條件要求。伸長(zhǎng)率和最大力總伸長(zhǎng)率余量較大，說(shuō)明此批盤(pán)螺韌性較好。由表1數(shù)據(jù)可以計(jì)算出該批鋼筋強(qiáng)屈比為1.33也滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 樣品檢驗(yàn)和分析

2.1 化學(xué)成分

在螺紋鋼成分體系中，對(duì)螺紋鋼強(qiáng)度貢獻(xiàn)大的元素分別是碳元素、硅元素、錳元素和釩元素，其中碳元素能固溶在基體中起到明顯的固溶強(qiáng)化作用，硅元素主要是通過(guò)強(qiáng)化鐵素體組織提高鋼筋的屈服強(qiáng)度，錳和釩兩大元素均能起到細(xì)化晶粒，提高鋼材強(qiáng)度的作用。為此，對(duì)該批屈服強(qiáng)度偏高的盤(pán)螺進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)分析，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 盤(pán)螺HRB400E化學(xué)成分 %

從表2可以看出，盤(pán)螺HRB400E的化學(xué)成分滿足技術(shù)條件要求，其中碳含量和錳含量控制精確，為技術(shù)要求的中位值，影響鋼材強(qiáng)度的另外2個(gè)元素硅元素和釩元素的含量均控制在技術(shù)要求范圍的較低值，不會(huì)造成鋼材強(qiáng)度異常升高。此外，磷和硫2個(gè)對(duì)螺紋鋼有害的元素含量也控制在較低范圍，所以能有效防止盤(pán)螺發(fā)生冷脆和熱脆。

2.2 工藝參數(shù)分析

盤(pán)螺的軋制工藝對(duì)盤(pán)螺性能也存在很大影響，尤其是開(kāi)軋溫度和吐絲溫度直接影響到盤(pán)螺的強(qiáng)度。經(jīng)查驗(yàn)軋制檢驗(yàn)批Z79068560的鋼坯實(shí)際開(kāi)軋溫度、精軋機(jī)組進(jìn)口溫度和吐絲溫度均控制在技術(shù)要求范圍內(nèi)。

2.3 金相分析

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼筋混泥土用熱軋帶肋鋼筋的金相組織應(yīng)主要是鐵素體+珠光體組織，其中鐵素體是軟韌相，對(duì)鋼材屈服強(qiáng)度影響不大，珠光體是滲碳體分布在鐵素體上形成的組織，具有較高的強(qiáng)度。在屈服強(qiáng)度偏高的試樣上取橫向樣做金相分析，發(fā)現(xiàn)鋼材金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度達(dá)11級(jí)。（見(jiàn)圖 1、圖 2）。

圖1 Z79068560金相組織（100×）

圖2 Z79068560金相組織（500×）

從圖1圖2還可以看出，該批盤(pán)螺HRB400E的鐵素體和珠光體分布均勻，且鐵素體含量比珠光體含量高，此外鋼材沒(méi)有尺寸異常粗大的晶粒，表明錳釩2個(gè)元素的細(xì)晶強(qiáng)化效果明顯。為分析晶粒度是否為引起該批盤(pán)螺HRB400E屈服偏高的主要原因，在性能合格的鋼材上（檢驗(yàn)批號(hào)：Z89001770）取樣做金相組織分析進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)檢測(cè)屈服強(qiáng)度合格的盤(pán)螺HRB400E（檢驗(yàn)批號(hào)：Z89001770）金相組織為鐵素體+珠光體（見(jiàn)圖3、圖4），晶粒度也為11級(jí)。

2.4 鋼材氮含量分析

盤(pán)螺HRB400E采用釩氮合金控制鋼中釩含量，氮元素能優(yōu)化釩元素在鋼中的析出，充分發(fā)揮析出強(qiáng)化的作用，鋼中氮含量上升會(huì)強(qiáng)化氮化釩析出效果，使鋼筋強(qiáng)度升高。在屈服強(qiáng)度偏高（檢驗(yàn)批號(hào)：Z79068560）和2批屈服強(qiáng)度合格（檢驗(yàn)批號(hào)：Z89001770和檢驗(yàn)批號(hào)：Z89001780）的鋼材上分別取樣檢測(cè)氮含量并進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3所示。

圖3 Z89001770金相組織（100×）

圖4 Z89001770金相組織（500×）

表3 盤(pán)螺HRB400E氮含量對(duì)比

從表3可以看出，屈服強(qiáng)度偏高的盤(pán)螺HRB 400E氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）比屈服強(qiáng)度合格的盤(pán)螺HRB400E w（N）高出了 25×10-6。

3 討論與分析

1）盤(pán)螺HRB400E的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)鋼材強(qiáng)度有影響的元素含量均控制在中下限，屈服強(qiáng)度異常偏高并非成分原因造成。

2）盤(pán)螺HRB400E的金相組織主要是鐵素體加珠光體，并且鐵素體含量大，也不存在影響影響盤(pán)螺HRB400E使用性能的其他組織，此外屈服強(qiáng)度偏高和屈服強(qiáng)度正常的鋼材金相組織和晶粒度無(wú)明顯區(qū)別，由此可知屈服強(qiáng)度異常偏高也非組織原因造成。

3）屈服強(qiáng)度偏高的盤(pán)螺HRB400E鋼中氮含量比性能正常的HRB400E鋼中氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）高出25×10-6，使鋼的析出強(qiáng)化加強(qiáng)[1]，鋼筋強(qiáng)度顯著增大，超出標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)V（CN）的析出也有細(xì)化晶粒的作用。

4 改善措施

1）嚴(yán)格控制出鋼時(shí)間，避免出鋼過(guò)程中裸露鋼水長(zhǎng)時(shí)間與空氣接觸吸氮，造成鋼水氮含量異常增多[2]。

2）如果鋼水經(jīng)過(guò)LF爐處理，要合理控制氬氣流量和壓力，避免鋼水裸露，造成吸氮。

3）連鑄增氮是鋼水N含量異常升高的主要原因之一，采用長(zhǎng)水口氬封保護(hù)澆注，合理使用中包用覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣可以減少鋼水異常吸氮[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

盤(pán)螺HRB400E 屈服強(qiáng)度偏高主要是因?yàn)殇撍甆含量異常升高導(dǎo)致的，通過(guò)控制鋼水出鋼時(shí)間和盡量避免鋼水裸露以及做好保護(hù)澆注能有效防止鋼水異常增氮導(dǎo)致螺紋鋼強(qiáng)度異常升高。

[1]孫凌云.釩氮合金的應(yīng)用及展望[J].四川冶金，2005，27（4）：12-13.

[2]張立標(biāo).鋼水過(guò)程增氮分析與控制[J].山東冶金，2011，33（3）：14.

[3]李勇.煉鋼過(guò)程中鋼水氮含量控制[J].鋼鐵，2010，45（10）：55-56.