微量硼對熱軋帶肋鋼筋力學性能的影響

祝俊飛， 劉鳶杰， 羅貽正， 劉 斌

（方大特鋼科技股份有限公司技術中心， 江西 南昌 330012）

在如今鋼鐵行業激烈競爭的形勢和熱軋帶肋鋼筋新國標實施帶來的工藝變更的形勢下，熱軋帶肋鋼筋微合金工藝的研究已經成為國內鋼鐵企業獲取競爭優勢的關鍵，現有熱軋帶肋鋼筋中常用微合金元素為釩元素、鈮元素[1]。硼元素能提高鋼的淬透性，且較其他合金元素價格相對低廉、相對原子質量較小、表面活性高及擴散速度較快，是改善鋼材力學性能的重量合金元素[2]。因此，本文通過在熱軋帶肋鋼筋中添加微量的硼元素，并與未添加硼元素的熱軋帶肋鋼筋力學性能和金相組織方面進行對比，以研究硼元素對熱軋帶肋鋼筋的力學性能以及微觀組織的影響[3]。

1 試驗材料及方法

試驗用鋼為方大特鋼科技股份有限公司（全文簡稱方鋼）生產的HRB400 鋼坯，其化學成分見表1所示。其中成分1 為常規不含硼鋼，成分2 為低硼鋼，成分3 為含硼鋼。試驗用鋼冷坯裝爐后，經相同加熱工藝、軋制工藝生產熱軋帶肋鋼筋，分別軋制了Φ12 mm 和Φ20 mm 兩個規格熱軋帶肋鋼筋的試驗。其中，在Φ12 mm 規格進行了不含硼HRB400 和低硼HRB400 的對比試驗，其加熱及軋制工藝為：加熱段爐溫1 200 ℃左右，加熱段在爐時間為45 min，均熱段爐溫為1 080 ℃左右，均熱段在爐時間為30 min，進軋溫度為1000～1020℃，上冷床溫度為880～920℃。在Φ20 mm 規格進行了不含硼、低硼、含硼的對比試驗，其加熱及軋制工藝為：加熱段爐溫1 200 ℃左右，加熱段在爐時間為40 min，均熱段爐溫為1 080 ℃左右，均熱段在爐時間為28 min，進軋溫度為1 000～1 020 ℃，上冷床溫度為900～920 ℃。通過對應熱軋鋼筋成品頭、中、尾等相同位置進行取樣檢測后，進行對比分析三種成分在相同加熱工藝和軋制工藝下力學性能、顯微組織的變化。

表1 試驗鋼的化學成分 %

2 試驗結果及分析

2.1 硼對力學性能測試結果分析

在Φ12 mm 規格上進行了同生產工藝條件下的成分1 和成分2 的對比試驗，試驗的力學性能如表2 所示。在Φ20 mm 規格上進行同生產工藝條件下的三組成分的對比試驗，試驗的力學性能如表3所示。

表2 試驗鋼Φ12 mm 規格力學性能對比表

從表2 可看出，屈服強度和抗拉強度對比中成分2 低硼鋼較成分1 不含硼鋼明顯偏低，低硼鋼的屈服強度平均值低15 MPa，低硼鋼的抗拉強度平均值低9 MPa；斷后伸長率A和最大力下總伸長率Agt無明顯差異。表3 試驗鋼Φ20 mm 規格力學性能對比表。

表3 Φ20 mm 規格力學性能對比表

從表3 可看出，成分3 含硼鋼和成分2 低硼鋼的屈服強度、抗拉強度平均值均低于成分1 無硼鋼，且含硼鋼、低硼鋼的屈服強度的上限值、下限值均呈下降趨勢，含硼鋼、低硼鋼的斷后伸長率和最大力下總伸長率與無硼鋼相比均無明顯差異；在含硼鋼與低硼鋼的力學性能對比中，其屈服強度和抗拉強度并未隨著硼元素含量的上升而提升，反而略有降低，其斷后伸長率和最大力下總伸長率均無明顯差異。

2.2 硼對熱軋帶肋鋼筋顯微組織的測試結果對比分析

圖1 不含硼鋼12 mm 規格顯微組織

圖1 為常規不含硼鋼顯微組織，通過軋制工藝控制，從邊部到中心的微觀組織均得到典型的鐵素體-珠光體組織，其邊部的鐵素體晶粒尺寸較中心處細化效果明顯，不但提高了材料的強度，且具有良好的塑韌性[4]。

圖2 為低硼鋼顯微組織，其邊部到中心處均得到鐵素體-珠光體組織，組織情況如表3 所示，中部組織晶粒度與圖1 并無明顯差別，邊部組織晶粒度等級小于圖1。

圖2 低硼12 mm 規格顯微組織

表4 試驗鋼微觀組織平均值對比表

不含硼鋼、低硼鋼、含硼鋼顯微組織，其邊部到中心處均得到典型鐵素體-珠光體組織，其邊部、中心的晶粒度對比情況如表4 所示，硼元素的加入易導致熱軋帶肋鋼筋邊部晶粒長大。

3 結論

1）在現有熱軋帶肋鋼筋軋制生產工藝不變的條件下，微量硼元素加入對方鋼熱軋帶肋鋼筋的力學性能呈弱化作用，導致熱軋帶肋鋼筋屈服強度、抗拉強度下降。

2）硼元素含量從0.015%提高到0.049%對熱軋帶肋鋼筋的屈服強度和抗拉強度并無明顯變化。

3）硼元素在熱軋帶肋鋼筋現有工藝不變的情況下，組織也無明顯變化，無細化晶粒度的作用，反而易導致邊部晶粒長大。