HRB500E抗震钢筋开发

HRB500E抗震钢筋开发
介绍了通过优化化学成分和完善控制轧制、控制冷却工艺，研制开发出500MPa级高强度钢筋混凝土用热轧带肋抗震钢筋，实物理化指标达到GB1499.2-2007标准要求。

标签：HRB500E；热轧带肋抗震钢筋；开发
1 前言
为适应市场变化，满足用户对HRB500E抗震钢筋的需求。

呈钢从2008年1月起，组织开发HRB500E高强度钢筋混凝土用热轧带助抗震钢筋，经检验实物理化指标达到GB1499.2-2007标准要求，具有良好的综合性能，投入市场后，深得用户好评。

2 工艺流程与工艺控制
2.1 工艺流程
主要工艺流程：氧气顶底复吹转炉→吹氩→连铸→热送→加热→粗中轧机轧制→预水冷→精轧机轧制→控温水冷→步进冷床冷却→精整收集→入库
2.2 技术要求
2.2.1 执行标准：GB1499.2-2007
2.2.2 牌号：HRB500E
2.2.3 化学成分及力学性能要求：见表1、表2
2.3 钢坯成分设计炼钢工艺控制
无论采用何种轧制工艺，钢的化学成分均是对钢筋性能起决定性的因素，因此对HRB500E钢筋用钢的成分控制就显得尤为重要。

在微合金化的C-Mn钢中。

C是钢中重要的强化元素，每增加0.1%C，可使钢的屈服强度提高28Mpa，抗拉强度提高70Mpa。

提高钢中的碳除可以改善钢的强度外，对抗震钢筋生产而言，还能明显改善钢筋的强屈比。

Mn的加入可以提高V在钢中的沉淀强化效果，并可降低控冷工艺过程中相变温度。

在微合金元素的选择上，我们对比了Nb和V两种元素在钢中的作用，最终决定采用V微合金化。

原料采用V-N合金，利于V-N在奥氏体中的固溶度积，增强沉淀强化效果，降低钢的脆性转变温度，提高钢的强韧性配合，有效提高钢的高应变低疲劳性能，提高其在地震载荷下的随机疲劳寿命。

为保证获得生产HRB500E所需的合格钢坯，制定力炼钢工艺控制要求：（1）采用优质铁水、废钢。

（2）冶炼终点温度控制在1650-1680℃，吹炼终点C制在0.10-0.15%、P、S小于0.040%。

（3）采用钢气合金化。

（4）钢气吹氩时间不少于240秒。

（5）中间气液面保证400mm以上，钢水温度控制在1520-1535℃。

（6）连铸拉速2.5-2.8m/min。

2.4 控制轧制与控制冷却工艺
钒微金化钢筋在轧制生产时按三个阶段进行控制轧制。

第一阶段，在奥氏体再结晶区内变形。

第二阶段，在奥氏体非再结晶区内变形，轧制时促使晶粒延轧制方向伸长，在晶粒内部产生变形带，增加晶界以提高铁素体形核密度与晶粒内形变带上出现的大量铁素体晶核一起，促进铁素体晶粒细化。

第三阶段：奥氏体-铁素体两相区的变形，未相变的奥氏体-铁素体两相区的变形，未相变的奥氏体晶粒更加伸长，在晶内形成变形带，已相变后的铁素体晶粒受压下时在晶粒内形成亚结构，从而使钢材的强度显著提高，韧脆性转变温度下降。

经过上述三个阶段控制轧制的钢材在终轧结束时立即进入控冷装置，施以超快速冷却，在相变温度上方终止快冷，进入自然空冷，以此来抑制终轧结束后的奥氏体晶粒长大，获得细小的奥氏体晶粒，并转变为细晶粒的铁素体和珠光体组织，提高钢筋的抗拉强度，改善钢筋的强屈比。

生产中，为实现控制轧制和控制冷却要达到的目的，制定了严格的工艺参数：（1）钢坯加热时间控制在1.5-2.0小时内，加热炉预热段温度750-850℃，加热段温度控制在1150-1280℃，均热段温度控制在1050-1120℃，出钢温度控制在1050-1100℃。

（2）进中轧后预水冷设备的轧件温度控制在1100℃以内，温度高时应降低轧制速度保证轧件温度。

（3）轧件出预水冷设备的温度控制在950-980℃，轧件出预水冷设备的温度通过增减水流量来控制。

（4）终轧温度控制在1100℃以下。

（5）轧后控温水冷时间控制在一秒以内，水冷终结时钢筋表面温度控制在620℃以上。

3 生产情况分析
按照确定的HRB500E抗震钢筋生产工艺，截止到2010年10月，德钢共生产HRB500E抗震钢筋3500吨，熔炼成分合格率98.0%，钢材物理性能检验合格率99.0%。

3.1 存在问题及影响因素
3.1.1 化学成分超标
HRB500E抗震钢筋共生产102炉，其中2炉因成分不合格改判为HRB400E 抗震钢筋用钢坯，主要原因是钢中C成分低，V只有0.18%，如前所述，碳作为钢中的重要强化元素，低碳钢坯很难通过控冷工艺使其性能达到HRB500E抗震
钢筋要求，在这方面德钢在生产HRB335E、HRB400E抗震钢筋过程中，作了大量统计分析，最终决定将这俩炉钢坯改判为HRB400E钢坯，未进行HRB500E 的轧制试验。

3.1.2 强屈比低于1.25
GB1499.2-2007标准要求抗震钢筋的强屈比≥1.25。

在实际生产的100批HRB500E抗震钢筋中，有一批钢筋强屈比达不到抗震钢筋要求（见表3），该批钢筋制取的两根物检样中，有一根试样屈服强度值较高，经分析发现该批钢筋为冷热坯混组的组合坯，怀疑是钢坯加热不均，造成冷坯断面温差大，芯部温度低控轧控冷后出现性能升高情况，为验证冷坯与热坯在炉内加热后性能之间的差异，将一炉HRB500E钢坯分成两部分，一部分热装，另一部分冷却后在入炉，加热炉各段温度控制及加热时间按同一标准控制，控轧控冷工艺相同，对轧制出的钢筋取样检验，发现冷坯轧制出的钢筋比热坯轧制出的钢筋性能高，其中屈服强度高15-25Mpa，抗拉强度高10-20Mpa，为解决上述问题，作了几次试验，将冷坯加热时间增加15分钟后，同一出钢温度条件下，冷坯和热坯的性能差基本消除。

在随后的生产中，公司内部规定，生产HRB500E抗震钢筋时，冷坯或热坯只允许整炉装料，全冷坯生产时，钢坯在炉内加热时间比全热坯生产时增加15分钟。

3.2 批量生产情况
按照试制定下来的生产工艺，截止到2011年5月，共生产φ16-φ32共7中规格的3500吨HRB500E抗震钢筋，合格率100%，HRB500E抗震钢筋生产所使用的钢坯成分见表4，钢筋力学性能见表5。

3.2.1 钢筋内部组织情况
对生产的HRB500E抗震钢筋进行内部检验，经4%硝酸乙酸溶液浸蚀后观察，各种规格的钢筋内部组织都是铁素体和珠光体，晶粒度表现为边部比芯部更细小均匀，边部晶粒度10.5-11.5级，芯部晶粒度9.5-10.5级。

3.2.2 钢筋的焊接性能，机械连接性能情况
HRB500E抗震钢筋生产出来后，每种规格随机抽取100根样品，在WN-1500闪光对焊机上进行焊接检验，结果表明，钢筋的焊接性能满足标准要求，对热区进行检验，未见晶粒过热和大量魏氏组织、贝氏组织-马氏组织出现，断口位置均在热区以外。

对HRB500E抗震钢筋进行—助套—连接检验，性能符合标准要求。

4 结束语
4.1 制定的HRB500E抗震钢筋生产工艺适合炼钢、轧钢的生产控制，炼钢、轧钢生产工艺能够保证生产出HRB500E抗震钢筋所需的产品。

4.2 生产HRB500E抗震钢筋的钢坯成分应保证碳含量、钒含量稳定，批量生产时连浇炉的成分差不宜大于0.02%，碳最好控制在0.21-0.23%之间，钒控制在0.10-0.15%之间。

4.3 生产HRB500E抗震钢筋，控轧控冷工艺是关键，应确保钢坯加热质量，开轧温度900-950℃，进预水冷箱轧件温度控制在1050℃以下，轧件出水箱温度控制在900-950℃。