鈮微合金化高強抗震鋼筋的生產實踐

王培培

（1.西安建筑科技大學， 陜西 西安 710055； 2.陜西鋼鐵集團有限公司， 陜西 西安 710018）

HRB400E高強度抗震鋼筋以其良好的力學性能迅速的走入市場，已成為建筑鋼筋的主流。微合金化技術是目前世界各國發展高強度鋼筋的主要工藝路線，釩被認為是提高HRB400E鋼筋強度最合適的微合金化元素之一[1]。但是，由于近期釩鐵和釩氮合金價格大幅上漲，越來越多的鋼筋生產企業開始采用鈮鐵代替釩鐵和釩氮合金微合金化。陜西鋼鐵集團有限公司結合企業生產特點，在穩定鋼材性能及質量的前提下，進行鈮微合金化生產試驗，以達到降低合金成本的目的。

1 工藝方案

1.1 成分設計

依據GB/T 1499.2—2017標準要求，對含鈮微合金化HRB400E鋼筋化學成分（見表1）和力學性能（見表2）進行設計。

表1 鈮微合金化HRB400E鋼筋成分設計

表2 鈮微合金化HRB400E鋼筋力學性能設計

1.2 工藝流程

混鐵爐→120 t轉爐→吹氬站→方坯連鑄機→軋鋼廠。

1.3 操作要點

1.3.1 轉爐操作要點

1）保證所有合金烘烤質量，穩定出鋼過程溫降。

2）出鋼過程所有合金分批加入，總時間大于2 min，鈮鐵合金隨最后一批合金加入。

3）出鋼時間大于4 min，必須保證鋼包底吹正常，且全程底吹攪拌，時間不小于8 min。

4）出鋼前保證出鋼口完好，做好一次、二次擋渣，減少出鋼口、大爐口下渣。

1.3.2 連鑄控制要求

1）連鑄過程必須全保護澆鑄，且使用自動加渣裝置，液面自動控制系統。

2）中包溫度（見表 3）。

表3 中包溫度控制設計 ℃

3）拉速控制在2.7～3.1 m/min；二冷比水量在常規HRB400E比水量基礎上適當降低。

1.3.3 軋鋼操作要求

1）試驗軋制規格為Φ12 mm、Φ16 mm、Φ20 mm。

2）加熱爐溫度控制要求（見表4）。

表4 加熱爐溫度控制 ℃

3）軋制速度按照現場正常速度控制。

4）開軋溫度為（1 040±20）℃。

5）上冷床溫度為920～970℃。

2 生產情況分析

本次鈮微合金化生產HRB400E共20爐，熱坯入爐分別軋制了Φ20 mm和Φ16 mm規格的螺紋鋼，冷坯入爐軋制了Φ12 mm規格的螺紋鋼。其中Φ20 mm規格的共軋制了199支，Φ16 mm規格的共軋制了381支，Φ12 mm規格的共軋制了300支。具體化學成分和力學性能見表5。

從表5可以看出，本次鈮微合金化生產的鋼筋性能全部符合GB/T 1499.2—2017標準要求，ReL≥400 MPa，Rm≥540 MPa，A≥16%。Φ20 mm 規格鋼材屈服強度在 425～450 MPa，平均屈服強度438 MPa；抗拉強度在575～615 MPa，平均抗拉輕度593 MPa；斷后生伸長率在24%～28%，平均斷后伸長率25.7%。Φ16mm規格鋼材屈服強度在430～465MPa，平均屈服強度448 MPa；抗拉強度在575～630 MPa，平均抗拉輕度607 MPa；斷后生伸長率在19%～30%，平均斷后伸長率26%。Φ12 mm規格鋼材屈服強度在425～475 MPa，平均屈服強度444 MPa；抗拉強度在560～650 MPa，平均抗拉輕度601 MPa；斷后生伸長率在23%～29%，平均斷后伸長率27%

表5 鈮微合金化生產HRB400E化學成分和力學性能情況

同時，將本次試驗的鈮微合金化鋼材和同規格同期的釩微合金化鋼材成分和性能進行了對比（見表 6）。

表6 鈮微合金化鋼材和同規格同期的釩微合金化鋼材成分和性能對比表

從表6中可以看出，本次含鈮微合金化鋼試驗，性能均合格。但與同規格同期的釩微合金化鋼材相比，其平均性能略微偏低。

3 經濟效益分析

根據實際試驗情況，對其合金成本進行測算（見表 7）。

表7 單質元素合金成本價格情況

成本差＝Si元素單價×元素對比差值＋Mn元素單價×元素對比差值－硅錳合金帶入Si量×Si元素單價＋V元素單價×元素對比差值＋Nb元素單價×元素對比差值。

Φ20 mm 成本差＝1.19×（-0.004）/0.01＋1.68×（-0.164）/0.01－17/65×（-0.164）×1.19＋56.47×（-0.024 4）/0.01＋31.59×0.043 4/0.01=-28.66 元/t；

Φ16 mm 成本差＝1.19×（-0.008）/0.01＋1.68×（-0.172）/0.01－17/65×（-0.172）×1.19＋56.47×（-0.024）/0.01＋31.59×0.043 6/0.01=-27.59 元/t；

Φ12 mm 成本差＝1.19×（-0.014）/0.01＋1.68×(-0.187）/0.01－17/65×（-0.187）×1.19＋56.47×（-0.023 2）/0.01＋31.59×0.043 9/0.01=-25.35 元/t。

從以上計算可以看出，鈮微合金化生產HRB400E高強鋼筋比釩微合金化生產HRB400E高強鋼筋成本約降低 25.35～28.66 元/t。

4 結論

1）在現有生產工藝條件下，用鈮鐵進行微合金化，完全能夠生產滿足GB/T 1499.2—2017標準的HRB400E高強抗震鋼筋。

2）采用鈮微合金化生產Φ12 mm、Φ16 mm、Φ22 mm規格的HRB400E高強抗震鋼筋，鋼材化學成分和力學性能均合格，但本次試驗與同規格同期的釩微合金化鋼材相比，其平均性能略微偏低。

3）鈮微合金化生產HRB400E高強鋼筋有一定的經濟效益，可根據鈮、釩合金市場情況隨時調整生產，從而降低生產成本。