钒及钒氮合金加入量对螺纹钢筋性能组织影响的研究(修改)

钒及钒氮合金加入量对螺纹钢筋性能组织影响的研究

刘永林1）2）张金柱1）

（1．贵大冶金材料学院；2 ．水钢技术中心，贵州水城553028）

摘要：钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是我国钢材产品中用量最大的品种之一，本次研究的课题是在Ⅱ级钢筋（２０ＭｎＳｉ）的基础上加入微合金元素V及V N合金研究V及V N合金对螺纹钢筋性能组织的影响。得出VFe钢筋、VN 钢筋V含量与强度指标关系，为生产各种级别的螺纹钢筋成分设计及工艺控制提供参考。

关键词：螺纹钢筋；V含量；抗拉强度；屈服强度

0 前言

钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是我国钢材产品中用量最大的品种之一，2006年热轧带肋钢筋产量近8300万吨，占全国钢材产量近20%。国外建筑行业普遍采用400MPa、500MPa级钢筋，在欧洲，屈服强度为５００ＭＰａ的ＩＶ级钢筋和６００ＭＰａ的Ｖ级钢筋已取代Ⅲ级钢筋获得广泛应用，美国1996年钢筋产品标准增加了520MPa级钢筋。我国目前也正在致力于Ⅱ级钢筋（２０ＭｎＳｉ）向Ⅲ级钢筋的升级换代，国标GB1499-1998增加了500MPa 级钢筋。

对400MPa及500MPa级钢筋GB1499-1998给出了五大元素上限并提示可加入V、Ti、Nb等微合金元素作为强化元素。本次研究的课题是在Ⅱ级钢筋

（２０ＭｎＳｉ）的基础上加入微合金元素V及V N合金研究V及钒V N合金对螺纹钢筋性能组织的影响。

1 试验螺纹钢筋成分设计及工艺控制

1．1 成分设计

试验螺纹钢筋C、Si、Mn元素的含量按国标GB1499-98中限控制，P 、S≤0.04%（见表一），V及VN按钢中V含量达到表二的不同档次加入。

表一钢筋成分设计（wt%）

C Si Mn P S

0.19～0.24 0.45～0.65 1.25～1.50 ≤0.04 ≤0.04

表二V钢及VN 钢中V含量（wt%）

V 0.05～0.055 0.070～0.075 0.09～0.095 0.105～0.110

VN 0.025～0.030 0.045～0.050 0.10～0.11

1．2工艺设计：

1．2．1工艺路线

铁水、生铁块、废钢—氧气顶吹转炉冶炼—挡渣出钢—钢包脱氧合金化（加入VFe、VN微合金化元）—吹氩—连铸（150方坯）—精整—加热炉加热—轧制—冷却—取样—拉伸试验—金相检验

1．2．２冶炼工艺

试验钢在25吨转炉上冶炼，出钢量31吨，脱氧合金化过程中加入钒铁及钒氮合金，顺序：SiMn---MnFe---SiFe---SiAlCaBa--VFe（VN）。钢水经底吹Ar处理后，连铸成150×150方坯。

1．2．３轧制工艺

钢坯加热温度的确定：V的C化物、N化物在奥氏中固溶度积[1]

lg[V][N]=3.40-8330/T （1）

lg[V][C]=6.72-9500/T （2）

式中[V]、[C]、[N]均为百分数含量。在一般低N含量的情况下(w (N)<0.007%)，加热温度900℃以上，V(C，N)可完全溶于γ-Fe中, 转炉钢[N]一般在40-60ppm，钢坯加热温度控制：1030-1100℃。

精轧后冷却工艺确定：精轧后冷却采用空冷工艺。

轧制规格：Φ25mm。

2．验结果与讨论

2．1 V及VN合金加入量对螺纹钢筋性能的影响

V及VN合金加入量对螺纹钢筋性能的影响见表三

表三V及VN合金加入量对螺纹钢筋性能的影响

规格试验号

化学成分（%）强度(MPa)

延伸

（%）

强化

元素C Si Mn P S V

屈服

点

抗拉

强度

25 1——1 0.19 0.54 1.32 0.031 0.03 0.05 435 575 25 钒25 1——2 0.19 0.53 1.32 0.022 0.033 0.05 405 585 26

25 1——3 0.21 0.51 1.27 0.021 0.022 0.056 450 605 23 铁 25 1——4 0.21 0.52 1.34 0.02 0.037 0.056 430 570 29 25 1——5 0.2 0.57 1.31 0.017 0.021 0.059 445 610 23 25 1——6 0.22 0.56 1.36 0.017 0.027 0.077 475 612 26 25 1——7 0.23 0.53 1.37 0.022 0.027 0.079 500 650 24 25 1——8 0.2 0.53 1.46 0.026 0.025 0.085 495 650 22 25 1——9 0.23 0.55 1.43 0.016 0.022 0.085 485 640 23 25 1——10 0.23 0.53 1.41 0.033 0.017 0.09 510 685 23 25 1——11 0.22 0.55 1.37 0.029 0.019 0.095 515 680 24 25 1——12 0.22 0.52 1.43 0.035 0.015 0.1 520 675 23 25 1——13 0.2 0.54 1.43 0.022 0.027 0.111 510 675 21 25 1——14 0.19 0.5 1.37 0.035 0.031 0.118 548 735 23 25 2——1 0.21 0.46 1.26 0.022 0.036 0.025 420 585 24 钒 氮

25 2——2 0.2 0.44 1.24 0.023 0.032 0.026 435 590 24 25 2——3 0.21 0.42 1.25 0.025 0.025 0.045 500 655 22 25 2——4 0.21 0.47 1.31 0.017 0.027 0.045 490 630 29 25 2——5 0.23 0.52 1.33 0.032 0.033 0.101 585 715 23 25 2——6 0.22 0.59 1.41 0.025 0.037 0.11 586 713 20 25 2——7 0.23 0.51 1.48 0.021 0.027 0.1 585 715 22 25 2——8 0.21 0.51 1.46 0.03 0.031 0.095 590 715 22 25 2——9 0.24 0.52 1.42 0.025 0.02 0.1 605 740 21 25 2——10 0.2 0.52 1.45 0.015 0.022 0.1 610 745 22 2．1．1 VFe 钢筋V 含量与强度指标关系：

VFe 钢筋V 含量与钢筋强度的关系见图1，V 含量与抗拉强度指标符合 σb = 2023.8[V] + 478.47的关系，R 2σb = 0.8876，V 含量与屈服点指标符合σs = 1747.1[V] + 341.57的关系，R 2σs = 0.9044；V 含量与强度指标所建立的方程线性正相关，即强度指标随V 含量的增加而升高。

3504004505005506006507007508000.04

0.06

0.080.1

0.12

钢筋V 含量(%)

钢筋强度（M P a ）

图1 VFe 钢筋V 含量与钢筋强度的关系