低合金成本HRB400E钢筋的试制与开发.pdf

期12 12023年第研发与设计柳钢科技低合金成本HRB400E钢筋的试制与开发饶燕林（广西钢铁生产制造部），陈学良(技术中心)热轧带肋钢筋广泛应用于公路、桥梁和各种建筑中。GB/T1499.22018钢筋混凝土用钢第2 部分：热轧带肋钢筋明确规定钢筋的金相组织应主要是铁素体加珠光体，基圆上不应出现回火马氏体组织，这标志着利用穿水冷却后进行自回火得到回火索氏体来提高钢筋强度的工艺路径已经行不通。目前，大部分的钢厂都是通过向钢中加人锯、钒、钛等合金，利用固溶强化、细晶强化和沉淀析出强化等方式提高钢筋的强度，柳钢主要是采用添加锯合金提高强度的工艺，但是加人铌、钒、钛等合金会显著提高合金成本，降低企业利润。减少合金添加量也有助于推进节能减排、绿色环保工作。为此，柳钢积极开展研究，组织开发不添加铌、钒、钛等合金的HRB400E高强钢筋，努力推进节能降耗工作，降低生产成本，提高企业利润。开发设计各元素强化机理碳元素。碳能溶于铁素体和奥氏体中，形成间隙固溶体，起固溶强化作用。但是，碳在室温铁素体中的溶解度很小，奥氏体中的大部分碳会以渗碳体的形式析出，与铁素体机械混合形成珠光体。珠光体强度、硬度比铁素体显著增高，塑性、韧性比铁素体要差。因此，碳能显著提高钢的强度，但是会恶化钢的塑韧性。硅元素。硅能溶于铁素体和奥氏体中，起着固溶强化作用，提高钢的强度。同时，钢中加人一定量的硅元素后，可以和铁基体生成粘度高、与基体结合力强、致密性较好Fe2SiO4层，降低氧化皮生长速率。但是硅主要是提高钢的弹性极限、强屈比以及疲劳强度，对提高钢筋屈服强度贡献一般。根据经验0.1%的硅可以提高屈服强度5MPa、抗拉强度10 MPa，但是硅质量分数超过0.6%后，强化效果会下降。且因为硅与氧的亲合力比较强，在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，影响焊缝质量。锰元素。锰可以与硫形成MnS，减轻硫的有害作用，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能。同时，锰溶于铁素体和渗碳体中形成置换固溶体，细化珠光体晶粒，提高钢的强度和韧性。根据经验0.1%的锰可以提高屈服强度8MPa、抗拉强度10 MPa。但是锰元素稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，也强烈增加钢的淬透性，当钢中锰含量过高时，会使C曲线显著右期2212023年第研发与设计柳钢科技移，降低奥氏体向贝氏体转变的临界冷却速率，使贝氏体转变更容易发生。元素。锯在钢中的强化作用主要为细晶强化以及冷却过程的沉淀析出强化，微量的锯元素即可极大地提高钢的强度和韧性。铌的细晶强化主要是提高了钢的再结晶温度。加热过程中，钢中固溶的锯对晶界起拖拽作用，未固溶的锯则通过阻止晶界迁移来阻止再结晶发生。在轧制变形过程中析出的细小碳氮化物附加上溶质拖电作用延迟奥氏体再结晶，提高了奥氏体再结晶温度。根据经验0.0 1%的锯可以提高屈服强度15 MPa。成分设计本次试验不添加锯合金，目的是减少合金的加人量，降低生产成本。但是微量锯合金可以显著提高钢的强度，减少锯含量后，钢的强度必然会降低，因此必须增加其他廉价合金元素以弥补强度的下降。其中，碳、硅、锰便是常用的有较好强化效果的廉价合金元素。根据回归分析和相关经验公式，质量分数为0.0 1%的锯可以提高屈服强度15MPa，因此不加人合金之后，理论强度会下降2 0 30 MPa。由于原成分中的碳元素已经达到国标上限，因此考虑添加硅、锰元素，锰元素对强度的提高比硅元素更好，因此降低硅元素含量，将锰元素提高到国标上限，即锰质量分数由1.2 0%1.40%提高到1.40%1.6 0%，强度提高15MPa。同时需要通过优化工艺提高强度。炼工艺冶炼工艺流程：铁水预处理转炉冶炼炉后吹氩连铸精整。钢中的P、S有害元素，P会增加钢筋冷脆性，S会增加钢筋热脆性，影响钢材的质量和性能。高炉铁水中的P、S含量较高，因此，转炉冶炼之前需要进行铁水预处理，使人炉铁水w（S）0.0 40%，从而提高钢水质量及钢筋成品质量。冶炼过程中，底吹采用全程吹氮模式，保证底吹效果；吹炼后期加大气体流量，加强熔池搅拌；出钢采用滑板挡渣，减少转炉下渣量。严格控制合金加入顺序及加入时机，控制好钢水的化学成分，连铸过程中选用合适的二冷参数，加强对铸坏质量的控制。铸坏加热工艺由于不加微合金，不需要较高的加热温度使微合金充分溶解和析出，因此适当降低加热温度，也能降低吨钢能耗和生产成本，符合绿色低碳需求。轧制冷却工艺轧制工艺流程：加热炉粗轧中轧一水冷一精轧一冷床成品库。本次试制采用控轧控冷工艺，适当降低开轧温度，减少加热过程原始奥氏体晶粒长大，细化轧后晶粒，提高钢筋强度钢经过粗轧、中轧轧制会有一定温升，温度过高会使晶粒快速长大，在进精轧前进行弱水冷，防止奥氏体晶粒过大，降低钢筋的力学性能，轧后进一步控冷，细化钢筋晶粒尺寸，提高钢筋性能。组织性能分析力学性能本次高线轧制规格为8、10 mm，采用单线轧制工艺；棒材轧制规格为14、2 5m m，采用两切分轧制工艺，统计生产样的力学性能见表1。钢材屈服强度42 5 48 5MPa，抗拉强度605655MPa，断后伸长率2 4%36%，最大力总延伸10%，所有性能结果均满足国标要求，余量充足，满足批量生产需要。本次试制非微合金钢筋金相组织主要是铁素体+珠光体（见图1），铁素体晶粒度在10.5级以上，晶粒细小，珠光体含量37%42%，满足国标要求（见表2)。+研发与设计柳钢科技表1各规格力学性能规格/mm屈服强度/MPa抗拉强度/MPa强屈比A/%Ag/%84354856206501.35 1.45253411.8 16.7104354706156501.34 1.45263412.215.916440480610 6551.35 1.4624 3612.0 17.125425470605 6501.33 1.5024 3612.3 17.8表2 各规格力学性能1/4处规格/mm宏观组织表层组织中心组织组织晶粒度w(P)/%8无环P+FP+F12.039P+F10无环P+FP+F12.042P+F16无环P+FP+F11.041P+F25无环P+FP+F10.537P+F自然时效对本次试制的4个规格钢筋取样做7、15、30 d 的自然时效检测。由于钢筋是经压力轧制而成，内部点阵畸变程度很大，存在很大的残余应力，经过自然时效后，残余应力得到释放，一般钢筋在自然时效1530 d后拉伸性能趋于稳定，随后钢筋屈服强度不再下降。本次试制的非微合金钢筋时效后力学性能变化趋势是一致的，即时效后屈服强度有所降低，抗拉强度趋势不明显且基本不变，断后伸长率和最大力总延伸率明显提高。本次试制的钢筋在时效30 d后，屈服强度降低10 MPa左右，抗拉强度变化不大，断后伸长率提高2%6%，最大力总延伸率提高0.7%2.5%，综合性能较好。科技简讯总结（1）本次低成本HRB400E钢筋通过减少合金添加量，降合金成本，同时可以减少转炉人工投人合金量，降低劳动强度。(2）由于不加锯合金，可以降低加热温度，有利于节能减排。(3）试制性能：屈服强度42 5 48 5MPa，抗拉强度6 0 5 6 55MPa，断后伸长率2 4%36%，A g 10%，时效30 d后，屈服强度降低10MPa左右，抗拉强度变化不大，断后伸长率提高2%6%，Ag提高0.7%2.5%，综合性能较好，余量充足，满足批量生产需要。（4）本次试制低成本HRB400E钢筋金相组织主要是铁素体+珠光体，铁素体晶粒度在10.5级以上，晶粒细小，珠光体含量37%42%，满足国标要求。柳钢高炉煤气回收利用1135MW工程发电项目顺利投产柳钢高炉煤气回收利用1135MW工程发电项目顺利投产。该项目采用超高温亚临界技术，回收利用高炉煤气发电，具备平均每小时发电1350 0 0 kWh的能力。（编辑部供稿）2023年第1期12 3