分享：釩氮微合金化HRB500E鋼筋的制備及熱處理

HRB500E是新國標GB1499.2—2018《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》里面普通熱軋鋼筋的一個高等級牌號，其屈服強度不低于500 MPa，與普通的鋼筋相比，HRB500E具有更高的強屈比、屈屈比和最大力總伸長率，當使用HRB500E鋼筋作混泥土骨架的建構(gòu)筑物遭遇地震時，HRB500E鋼筋能延長從形變到斷裂的時間，起到延長逃生時間的作用，有利于減少災難遇難人數(shù)[1−3]。因HRB500E鋼筋具有較高的強度和塑韌性，人們對其制備工藝展開了大量的研究，主流制備工藝包括：①煉鋼工藝：化學成分采用V–N合金化設計，轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、LF精煉和小方坯連鑄，制得方坯[4−6]；②軋鋼工藝：控制鋼坯在加熱爐的加熱方法、控制軋制過程溫度和軋制速度、上冷床后的冷卻控制[7−8]。其中不同研究的異同點主要在煉鋼化學成分控制和軋鋼鋼筋組織控制兩方面，上述制備工藝都是在鋼筋軋制完成后直接進行冷卻，因在軋制過程中，鋼筋本身溫度較高，直接冷卻導致鋼筋內(nèi)部或多或少會存在應力集中，導致鋼筋使用性能降低，難以正常發(fā)揮鋼筋優(yōu)異性能。本文主要研究在鋼筋制備的基礎上再進行熱處理研究，解決鋼筋內(nèi)部產(chǎn)生應力集中的問題，提高鋼筋的斷裂強度和韌性[9−10]。

1.   HRB500E鋼筋的制備

結(jié)合公司設備、工藝和技術(shù)情況，釩氮微合金化HRB500E鋼筋的制備工藝流程為：原輔料（鐵水、廢鋼和溶劑等）→100 t轉(zhuǎn)爐冶煉→LF鋼包精煉→6機6流165 mm×165 mm方坯連鑄→鋼坯→步進式蓄熱加熱爐→18架無扭連軋機組→冷床→熱處理→試樣，具體控制情況如下。

1.1   化學成分設計

綜合考慮C、Si、Mn、P、S、Ti、Ni、V和N等元素在鋼筋中所起的作用，以及其對鋼筋本身力學性能和沖擊性能影響，同時參考國標GB/T 700－2006規(guī)定的化學范圍要求，設計的釩氮微合金化HRB500E鋼坯的化學成分如表1所示。

1.2   冶煉過程控制

轉(zhuǎn)爐裝入制度采用定量裝入，總裝入量為115～125 t，鐵水溫度控制在1380～1480 °C，Si質(zhì)量分數(shù)不高于0.60%，P質(zhì)量分數(shù)不高于0.200%，S質(zhì)量分數(shù)不高于0.045%，鐵水成分與溫度異常時，應及時調(diào)整裝入量；槍位控制采用變壓變槍法，工作氧壓控制在0.80～0.85 MPa，流量控制在20000～26000 m3/h，吹煉過程中槍位的控制結(jié)合化渣情況來匹配；造渣操作采用分批加料法，渣料提槍前3 min加完；終點C質(zhì)量分數(shù)控制在0.06%～0.12%，終點溫度控制在1630～1660 °C；出鋼擋渣成功率控制在95%以上，脫氧采用預脫氧和終脫氧操作，脫氧合金化操作完成后鋼水的氧含量控制在30×10−6以下；吹氬時間不少于240 s。

1.3   連鑄過程控制

連鑄工藝采用6機6流弧形連鑄機澆鑄，鑄坯斷面為165 mm×165 mm。大包溫度控制為連澆爐1570～1610 °C，采用下渣自動檢測裝置，防止下渣；中間包過熱度控制在15～25 °C，拉速遵循典拉制度，保證液面高度穩(wěn)定；采用氮封保護澆鑄，結(jié)晶器液面采用自動控制和電磁攪拌；二冷段采用氣霧冷卻和動態(tài)配水工藝，保證鑄坯冷卻均勻。

1.4   熱軋過程控制

熱軋過程選取3種成分的鋼坯進行試驗，分別為內(nèi)控樣1、內(nèi)控樣2和對比樣，其中內(nèi)控樣1和內(nèi)控樣2為本文優(yōu)選試驗，對比樣為普通鋼筋試樣，3種成分的鋼坯如表2所示。

熱軋切分方式采用四切分軋制，軋制規(guī)格為?8 mm，軋制工藝采用控軋控冷工藝，軋制順序為初軋→中軋→精軋，加熱裝置采用蓄熱式步進加熱爐，軋制設備采用短應力高剛度軋機，過程中控制好出爐溫度、水壓、穿水流量和終軋速度等相關(guān)工藝參數(shù)，具體情況如表3所示，最終保證熱軋鋼筋產(chǎn)品溫度均勻，無異常金相和混晶組織，同時金相組織須為正常的鐵素體和珠光體，晶粒度在國標范圍內(nèi)。

1.5   鋼筋的熱處理

分別將含有內(nèi)控樣1、內(nèi)控樣2和對比樣化學成分的鋼坯按照上述熱軋工藝進行軋制和熱處理，得到表4中的1#～8# HRB500E鋼筋試樣，其中1#～6#試樣化學成分為內(nèi)控樣1，7#試樣化學成分為內(nèi)控樣2，8#試樣化學成分為對比樣，熱處理工藝及參數(shù)如表4所示，其中8#未進行熱處理。

2.   性能測試

2.1   力學性能測試

力學性能分別檢測1#～8# HRB500E鋼筋試樣的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、屈屈比和屈強比，檢測方法參照GB/T 1499.2—2018要求執(zhí)行，檢測結(jié)果如表5所示，表中${\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">?</span>}}_{\text{<span style="font-size:16px;">eL</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0</span>}}$ 和${\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">?</span>}}_{\text{<span style="font-size:16px;">m</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0</span>}}$分別為屈服強度和抗拉強度的實測值。從表5可以看出，1#～8# HRB500E鋼筋試樣力學性能均符合國標要求，且1#～7#試樣各項性能均大幅優(yōu)于8#試樣，說明本文通過采用優(yōu)選的化學成分設計和熱處理工藝對鋼筋力學性能提升有明顯影響，該現(xiàn)象主要與鋼筋化學成分和熱軋工藝有關(guān)。

2.2   沖擊性能測試

沖擊性能測試方法是將HRB500E鋼筋試樣制作成55 mm×10 mm×10 mm和2 mm深的U型缺口標準式樣，在28±3 °C條件下進行450 J的擺錘沖擊試驗，試驗結(jié)果如圖1所示，從圖1可以看出，1#～7# 試樣沖擊韌性均明顯優(yōu)于8#試樣，其中1#試樣沖擊功接近8#試樣的2倍，該現(xiàn)象主要與熱處理工藝有關(guān)。

3.   結(jié)論

（1）通過采用相關(guān)的工藝控制，制備的1#～7#釩氮合金化HRB500E鋼筋試樣的力學性能和沖擊韌性均優(yōu)于未進行熱處理的8#普通鋼筋。

（2）所采用的HRB500E鋼筋制備工藝與普通HRB500E鋼筋的制備工藝基本相同，無需另外增加設備，使用傳統(tǒng)生產(chǎn)線即可，可大規(guī)模推廣。

文章來源——金屬世界