HRB500E高强抗震钢筋的研发_刘朋飞.pdf

总第 328 期2023 年第 4 期HEBEI METALLUGYTotal No 3282023，Number 4HB500E 高强抗震钢筋的研发刘朋飞1，王阔2(1 秦皇岛佰工钢铁有限公司，河北 秦皇岛 066400;2 河钢集团唐钢公司，河北 唐山 063600)摘要:钢筋作为建筑构件的主要增强材料，要求具备较高的强度、韧性和优异的焊接性等综合性能。国内某钢铁公司根据自身轧钢工艺装备情况，采用钒微合金化控轧控冷技术生产 HB500E 高强抗震钢筋。介绍了 HB500E 高强钢筋的技术要求、化学成分设计和工艺路线，详细阐述了控轧控冷方案设计，并进行了工业试制，分析了化学成分、力学性能、显微组织等变化。结果表明，此次生产的钢筋具有较高的强度和塑形，实测强屈比1 35、屈屈比1 17、最大力总延伸率13 2%;应变时效性能良好;组织为铁素体+珠光体，晶粒度 12 13 级;P 含量 0 015%0 040%，S 含量 0 017%0 036%，满足GB/T1499 2 2018的要求。关键词:钒微合金化;HB500E;抗震钢筋;控轧控冷;强屈比;延伸率;晶粒度中图分类号:TG335 6文献标志码:A文章编号:1006 5008(2023)04 0041 04doidoi:10 13630/j cnki 13 1172 2023 0409 ESEAESEA CH AND DEVELOPMENT OFHCH AND DEVELOPMENT OFH B B500500E HIGHE HIGH STST ENGTH SEISMIC STEEL BAENGTH SEISMIC STEEL BALiu Pengfei1，Wang Kuo2(1 Qinhuangdao Baigong Iron and Steel Co，Ltd，Qinhuangdao 066400，Hebei;2HBIS GroupTangsteel Company，Tangshan 063600，Hebei)AbstractAbstract:As the main reinforcing material of building components，steel bar requires high strength，tough-ness，and excellent weldability According to its own rolling process equipment，a domestic steel companyuses vanadium micro alloy controlled rolling and cooling technology to produce HB500E high strengthseismic steel bar The technical requirements，chemical composition design and process route of HB500Ehigh strength steel bar were introduced，the design of controlled rolling and cooling scheme was elaborated indetail，and industrial trial production was carried out，and the changes of chemical composition，mechanicalproperties，microstructure and other properties were analyzed The results show that the steel bars producedthis time have high strength and shape，and the measured strength yield ratio is 1 35，the yield ratio is 1 17，and the total elongation of the maximum force is 13 2%Good strain aging performance;the struc-ture is ferrite+pearlite，and the grain size is 12 13;P content is 0 015%0 040%，S content is0 017%0 036%，meet the requirements of GB/T1499 2 2018Key wordsKey words:vanadium microalloying;HB500E;seismic steel bars;controlled rolling and controlled cool-ing;strength yield ratio;elongation;grain size收稿日期:2022 12 05作者简介:刘朋飞(1983 )，男，工程师，2017 年毕业于北京科技大学冶金工程专业，现在秦皇岛佰工钢铁有限公司科技生产处主要从事轧钢质量技术研究，E mail:282256188 qq com0引言钢筋作为建筑构件的主要增强材料，使用范围广泛。由于高层、大跨度、抗震功能强、耐低温、高耐火性能等建筑构件的要求，加之资源、能耗、环保等面临的严峻形势，需要钢筋具备更高的强度、韧性和优异的焊接性等综合性能1，2。本文在查阅国内外许多研究和应用成果的基础上，采用钒氮微合金化与控轧控冷工艺等技术成功试制了 HB500E 高强度抗震钢筋，丰富了公司的产品结构。1技术要求、化学成分设计与工艺路线1 1技术要求按照国家标准 GB/T1499 2 20183 的技术规14总第 328 期HEBEI METALLUGY范规定，高强抗震钢筋 HB500E 化学成分应当满足表 1 的要求，可添加 V、Nb、Ti 等合金元素。钢筋的力学性能应当满足表 2 的规定。表 1HB500E 钢筋化学成分(质量分数)Tab1Chemical composition of HB500E steel barswt%CSiMnPSCeq0250 801 6000450 045055表 2HB500E 钢筋的力学性能Tab2Mechanical properties of HB500E steel barseL/MPam/MPaAgt/%0m/0eL0eL/eL5006309 012513注:0m为钢筋实测抗拉强度;0eL为钢筋实测下屈服强度。1 2化学成分设计采用微合金化控冷工艺生产 HB500E 高强抗震钢筋时，成分设计参考 GB/T1499 2 2018 中的要求，主要考虑两方面因素:常规元素含量、微合金元素V 的含量。研究表明，采用钒氮微合金析出强化和控冷细晶强化，能够使钢筋强度明显提高，同时保持较好的塑韧性，还能对时效性、焊接性和抗震性能具有改善效果 4 6，因此本研究采用 V 微合金化的设计。HB500E 钢筋内控化学成分应符合表 3 的规定。表 3HB500E 内控化学成分(质量分数)Tab3Internal control chemical composition of HB500Ewt%CSiMnVP/SCeq0 21 0 23 045 0 60 1 25 1 45 0035 0 060 0 040 0 551 3工艺路线双蓄热步进式加热炉高压水除鳞粗轧机组轧制1 号飞剪中轧机组轧制2 号飞剪预精轧机组轧制一次水冷3 号飞剪精轧机组轧制二次水冷减径机组轧制三次水冷吐丝轧后控冷集卷精整。2控轧控冷方案设计控轧控冷的技术特点是通过控轧与控冷相结合的技术调节轧件温度、热轧变形速率以及轧后冷速速率，使轧件始终保持在再结晶温度以下进行轧制加工，并严格控制晶粒长大，使最终产物获得更细小且均匀分布的晶粒，从而获得更高强度和高韧性的优质钢筋性能5，6。(1)开轧温度控制。据研究表明7，8，当钢坯加热温度大于 950 时，奥氏体晶粒增长的势头更加明显，与细晶粒轧制理论不符。确定钢坯开轧温度时，考虑设备的负荷能力以及细晶粒热轧要求，最终确定开轧温度控制范围为 960 10，可有效降低钢坯过热、过烧、过度氧化、变形抗力过高等加热质量问题。(2)轧制过程水冷控制。本次生产采用了三段式水冷工艺，即精轧前水冷(一次穿水)、精轧后水冷(二次穿水)和轧后水冷(三次穿水)。精轧前水冷目的是降低轧件进精轧机的温度，使整个轧制过程在奥氏体部分再结晶区域变形，即在 800 1 050 之间连续变形，此时变形速率快，轧件在部分再结晶区内不断进行动态再结晶，晶粒得到充分细化。精轧出口轧件温度约 1 050，迅速进行精轧后水冷，目的是快速降低轧件温度，防止或者减轻静态再结晶过程造成的晶粒长大，应选择靠近精轧出口的冷却水箱，有利于轧件在强穿水后有足够的时间在线回温，保证轧件进入减定径机组前表面与芯部的温度均匀一致。轧件进入减径机组时，温度控制在 780 800，经过减径机组 2 道次轧制，轧件温度约 830。轧件进入轧后水冷阶段时，采用弱穿水工艺，吐丝温度控制在 730 740，避免过快的冷却速度和过低的吐丝温度，导致产品出现回火马氏体组织9。(3)轧后风冷控制。轧件经吐丝机吐丝形成线圈进入风冷辊道后，采取先强冷、后缓冷、再空冷至室温的轧后控冷方案。通过调整各段风冷辊道的速度、保温罩开启状态、冷却风机风量设置等技术手段，线圈吐丝后先按照 5 6 /s 的冷却速率，使用风机强冷至540，随后按0 71 /s 的冷却速率进入保温罩缓慢冷却，出保温罩温度为 450，之后空冷至室温10 13。3生产试制本次试生产共轧制 8 mm、10 mm 两种规格 HB500E 螺纹钢筋，共计 3 000 t，分别抽样20 炉、10 炉做综合性能分析。对抽样进行光谱成分分析，结果显示化学成分严格控制在内控范围内，同时有害元素硫、磷含量控制较低，如表 4 所示。表 4HB500E 钢筋抽样化学成分(质量分数)Tab 4Chemical composition of HB500E rebar samplingwt%CSiMnVPS021 023045 057125 1 390050 0 0600015 00400017 003624河北冶金2023 年第 4 期对抽样进行力学拉伸试验，产品的屈服强度、抗拉强度满足国标要求，尤其抗震性能指标优异，实测强屈比1 35，屈屈比1 17，最大力总延伸率 Agt13 2%，如表 5 所示。表 5HB500E 钢筋力学性能Tab 5Mechanical properties of HB500E steel bars规格项目0eL/MPa0m/MPa0m/0eL0eL/eLAgt/%最大585815141117181 8 mm最小56075813511213 3平均57378613711415 8最大580820141116177 10 mm最小55574713511113 2平均569778137114174自然环境下将抽样分别放置 15 天、30 天，检测得到的力学性能结果见表 6。可以看出，自然时效过程中，钢筋内部的残余应力得到进一步释放，屈服强度、抗拉强度有所下降，但不是很明显，钢筋具有较好的低应变时效性。经过时效后钢筋的强屈比和屈屈比更趋于稳定，抗震指标良好。表 6HB500E 钢筋的时效性能Tab 6Aging performance of HB500E steel bars规格时效时间0eL/MPa0m/MPa0m/0eL0eL/eLAgt/%生产检验575815142115181 8 mm(炉号 11903989)15 天时效56080514311218230 天时效559805137114182生产检验580820141116177 10 mm(炉号 21903295)15 天时效56580814311317530 天时效563807143113177对抽样进行金相显微组织观察，如图 1 所示，本次高强抗震钢筋 HB500E 显微组织全部为铁素体+珠光体，珠光体占比约 40%，晶粒度 12 13 级，整个试样截面组织较均匀，未存在异常组织，观察分析，说明采取的控冷工艺合理，完全满足产品质量的要求。图 1HB500E 钢筋金相组织Fig 1Metallographic structure of HB500E steel bars4结语(1)试制的两种规格 HB500E 钢筋的化学成分、力学性能、显微组织均满足 GB/T1499 2 2018标准及生产内控要求，屈服强度 0eL在555 MPa 以上，0m/0eL135，Agt132%，具有良好的抗震性。(2)采用钒微合金化控轧控冷工艺生产的HB500E 钢筋，发挥了微合金沉淀析出强化和控冷细晶强化作用，显微组织为细小铁素体+珠光体，晶粒度 12 13 级，无异常组织，钢筋具有较好的强韧性能，较低的应变时效性，综合性能优异。(3)本次生产的 HB500E 钢筋强度指标富裕量偏大，抗拉强度最小值 747 MPa，屈服强度最小值555 MPa，有进一步优化化学成分及合金添加量的可能性。34总第 328 期HEBEI METALLUGY参考文献 1王厚昕，李正邦 中国热轧带肋钢筋的发展和现状J 中国冶金，2006(6):6 9+14 2况浩伟，潘文，叶燎原 中国高强钢筋的发展概述J 工业建筑，2016(S1):629 635+659 3GB/T 14992 2018，钢筋混凝土用钢 第 2 部分:热轧带肋钢筋S 北京:中国标准出版社，2018 4陈伟，施哲，赵宇 钒氮微合金化控冷工艺开发 HB500E 抗震钢筋J 重庆大学学报，2011，34(11):56 64 5杨现亮，翟永臻，冯建航，等 一种 V、Nb 微合金化高强钢筋连续冷却转变组织性能研究 J 河北冶金，2018(12):35 39 6张剑，刘崇，刘勇，等 铌钒微合金化热成形钢的组织与性能J河北冶金，2022(7):18 22+38 7张鑫，吴光亮 加热制度对氮微合金化 HB500E 方坯晶粒度的影响J 钢铁研究，2017，45(5):25 28 8马正洪，朱伟娟，曹磊，等 低成本含铌抗震钢筋生产工艺控制J 轧钢，2022，39(3):128 132 9马正洪，张玺成，钱萍 控轧工艺对无微合金低锰高强度钢筋晶粒细化的影响J 金属热处理，2015，40(4):146 148 10马正洪，张玺成，钱萍，等 低锰 HB400E 盘螺控冷机理分析J 轧钢，2015，32(1):79 81 11邓建新 宣钢抗震钢筋钒微合金化效果对比J 河北冶金，2017(7):37 40 12翁玉娟，乔国平，韩春良，等 HB500E 高强抗震钢筋工艺优化J 河北冶金，2014(4):45 48 13马海峰，王全利，贾元海，等 HB500E 高强抗震盘螺的开发J 河北冶金，2014(8):33 35欢迎订阅 2023 年 河北冶金主 管:河北省金属学会主 办:河北省金属学会 河钢集团有限公司办刊宗旨:服务于冶金行业、服务于广大读者，促进冶金工业的发展读者对象:冶金企事业单位、高等院校、科研院所、图书馆及有关单位的工程技术人员内 容:与冶金工业和冶金研究有关的、冶金行业关注的新技术、新材料、新工艺、新设备刊物定位:学术性、实用性、技术性主要栏目:冶金流程、技术综述、专题研究、生产实践、装备技术、节能环保、企业管理等联系电话:[phone]传真:[phone]联系地址:河北省石家庄市跃进路 167 号邮编:050031电子信箱:hbyj chinajournal net cn网址:http:/www hbyjqk com国际标准连续出版物号:ISSN1006 5008国内统一连续出版物号:CN13 1172/TF邮发代号:18 334(国内)BM1823(国外)刊期:月刊发行范围:国内外公开发行广告经营许可证号:冀工商广字1301024D00041单价:20 元全年价:240 元(含邮寄费)订阅方式:本刊编辑部或全国各地邮局44