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摘要：本文讨论了生产500MPa级高强度钢筋的轧制工艺、微合金化技术、各合金元素及其强化机制对高强抗震钢筋抗震指标的影响，并介绍了宣钢在提高500MPa级高强抗震钢筋抗震性能方面的实践与效果。
关键词：高强抗震钢筋；微合金化；抗震性能
随着建筑工业的迅速发展，城市市政工程和高层建筑等工程结构对钢筋性能的要求越来越高，在国家大力提倡节能减排、绿色环保的背景下，作为资源消耗大户的建筑业， 普通强度钢筋作为建筑用钢主材的状况已无法满足建设发展的需要。而随着建筑市场对高强抗震钢筋需求量的不断提高，宣钢早在2010年就完成了HRB500MPa级钢筋的开发工作，具备生产Φ8mmΦ40mm全系列高强抗震钢筋的能力。但在生产初期，HRB500E的强屈比不稳定，甚至超出国家标准，导致不能批量生产。
1 强屈比影响因素分析
钢的强度和韧性决定了钢材的基本性能，而钢的强韧性又是由其强化机制、金相组织结构、成分配比、微合金化等多方面因素综合作用的结果。所以要找到影响强屈比的关键因素，就必须从上述几个方面入手，进行逐一分析，找出造成产品强屈比偏低的原因。
1.1 钢的强度对强屈比影响
热轧螺纹钢涉及到的金属强化机制主要有晶界强化、固溶强化及沉淀强化三种，而每一种强化都将同时提高钢的抗拉强度和屈服强度，但作用程度不同，从而导致不同的强化机制决定了不同的强屈比变化趋势。有三种强化机制，晶界强化（细晶强化）、固溶强化、分散强化（沉淀强化）无论采用哪种强化方式，随着钢材强度提高都会造成强屈比不同程度的的降低，其中晶界强化造成强屈比降低的幅度最大，分散强化其次，而固溶强化造成强屈比减低的幅度最小。
1.2 钢的韧性对强屈比影响
通过绘制趋势线可以发现，随着伸长率的提高，钢材的强屈比也会随之提高。
2 宣钢高强抗震钢筋HRB500E生产工艺优化
2.1 窄成分控制
通过上述分析可知，无论采用何种强化方式都会造成强屈比的降低，所以保证钢材合理的强度范围是保证产品强屈比的根本。从几次实际生产情况来看，产品屈服强度在540MPa560MPa最为合理，即确保了充足的性能富余量，又不会因产品强度太高而导致强屈比偏低。在炼钢环节中，通过稳定转炉装入量、准确计算出钢量、有效控制喷溅，确保采用含量稳定的合金料及合理的合金加入顺序等手段，并且随着近几年称量系统的不断完善、数据信息传递更加及时、准确，使得炼钢成分控制精度得以明显提高，为高强抗震钢筋的窄成分控制提供了基础。
2.2 成分优化
2.2.1 以固溶強化为主的元素控制
钢中主要起固溶强化作用的元素主要有【C】、【Mn】、【Si】，【C】含量较低时，随着【C】含量的升高是有利与提高产品强屈比的，且【C】的合金成本非常低，所以设定【C】含量内控制范围时，要尽量靠近国标上限要求，从而提高强屈比，降低其他合金料消耗。
随着【Mn】含量的提高，抗拉强度上升速度要明显高于屈服强度，所以强屈比升高速度也较为缓和，有利于提高强屈比。但是由于当【Mn】和【Si】含量较高时，钢的韧性将出现大幅降低，所以当【Mn】含量的过高时，很可能造成最大力总伸长率、冷弯等检验项目不合格。
所以在确定【Mn】和【Si】的含量内控制范围时，要在确保钢材的韧性不受影响的同时尽可能提高控制范围。
2.2.2 【Cr】元素的控制要求
当【Cr】元素含量较低时，对强度的贡献较小，但对韧性的提升作用非常明显，且【Cr】的加入，可以提高【V】在奥氏体中的溶解度，这种作用使得V（CN）的析出最大量所对应的温度降低，增加了【V】的固溶强化效果，减轻了V的析出强化和细晶强化的作用，避免使钢的晶粒过度细化，所以在提高钢的屈服强度的同时，能够大幅度提高其抗拉强度。但其与锰、硅、钒搭配使用时，淬透性将大大提高，同时当【Cr】含量过高时可能造成晶粒过分细小，从而导致强屈比大幅降低。从生产实践情况来看，少量【Cr】元素的加入，对提高产品强屈比有明显作用。
2.2.3 微合金化的应用
微合金化钢是在普通的低CMn钢中添加微量的强碳氮化物形成元素（如铌、钒、钛等）进行合金化，通过控制轧制，可以起到晶粒细化、析出强化、再结晶控制、夹杂物改性等作用。考虑经济合理、生产组织方便等因素，HRB500E开发时采用了钒的微合金化技术，而合金料采用的是钒铁。通过多次实践生产對比发现，添加氮化钒铁时钒的利用率要高于钒氮合金，而钒铁利用率最低。通过实际生产对比发现，使用钒氮合金最为合理，即保证了较高的第二相析出量，也不会因析出量过大而造成的晶粒过度细化，使产品强屈比降低。
2.2.4 环境温度变化的影响
由于我地区冬夏季温差较大，夏季最高在30℃以上，冬季在20℃以下，所以导致轧后冷却速度存在一定的差异。从多年我公司生产螺纹钢的经验看，冬季较夏季性能约升高10MPa15MPa，而从上述分析可知，性能的高低与强屈比存在密切的关系。所以当冬季性能升高时势必会造成产品强屈比的下降，从而导致产品抗震指标一次合格率降低。为此在成分设计时必须考虑环境温度变化的影响，以满足产品抗震指标要求。
2.3 轧制工艺优化
为得到珠光体+铁素体组织，保证钢筋的抗震性能，产品开发时将开轧温度范围定为11501200℃，以避免因轧制温度过低而造成的晶粒过分细小。
当加热温度在950℃1050℃以上时，奥氏体晶粒度长大倾向已经开始迅速增大，所以当开轧温度不低于1050℃时，并不会造成晶粒过度细化，且V的碳氮化物固溶温度很低，在850℃950℃迅速溶解，在940℃时溶解入奥氏体的量可达95%，而在1100℃以下就可完全溶解。因此将开轧温度控制在1050℃1100℃最为合理。
3 结语
通过研究轧制工艺、微合金化、各元素及强化机制对高强抗震钢筋抗震指标的影响，对产品成分进行重新梳理、细化。并对考虑环境温度变化、不同开轧温度对产品强度及微合金化的影响等因素，相应的对产品生产工艺进行了逐步优化，大幅提高了产品一次合格率，彻底解决了HRB500E高强抗震钢筋由于抗震指标合格率偏低造成的不能批量生产问题。
参考文献：
[1]杨才福，张永权，柳书平.VN微舍金化钢筋强化机制.钢铁，2011，55～57.
关键词：高强抗震钢筋；微合金化；抗震性能
随着建筑工业的迅速发展，城市市政工程和高层建筑等工程结构对钢筋性能的要求越来越高，在国家大力提倡节能减排、绿色环保的背景下，作为资源消耗大户的建筑业， 普通强度钢筋作为建筑用钢主材的状况已无法满足建设发展的需要。而随着建筑市场对高强抗震钢筋需求量的不断提高，宣钢早在2010年就完成了HRB500MPa级钢筋的开发工作，具备生产Φ8mmΦ40mm全系列高强抗震钢筋的能力。但在生产初期，HRB500E的强屈比不稳定，甚至超出国家标准，导致不能批量生产。
1 强屈比影响因素分析
钢的强度和韧性决定了钢材的基本性能，而钢的强韧性又是由其强化机制、金相组织结构、成分配比、微合金化等多方面因素综合作用的结果。所以要找到影响强屈比的关键因素，就必须从上述几个方面入手，进行逐一分析，找出造成产品强屈比偏低的原因。
1.1 钢的强度对强屈比影响
热轧螺纹钢涉及到的金属强化机制主要有晶界强化、固溶强化及沉淀强化三种，而每一种强化都将同时提高钢的抗拉强度和屈服强度，但作用程度不同，从而导致不同的强化机制决定了不同的强屈比变化趋势。有三种强化机制，晶界强化（细晶强化）、固溶强化、分散强化（沉淀强化）无论采用哪种强化方式，随着钢材强度提高都会造成强屈比不同程度的的降低，其中晶界强化造成强屈比降低的幅度最大，分散强化其次，而固溶强化造成强屈比减低的幅度最小。
1.2 钢的韧性对强屈比影响
通过绘制趋势线可以发现，随着伸长率的提高，钢材的强屈比也会随之提高。
2 宣钢高强抗震钢筋HRB500E生产工艺优化
2.1 窄成分控制
通过上述分析可知，无论采用何种强化方式都会造成强屈比的降低，所以保证钢材合理的强度范围是保证产品强屈比的根本。从几次实际生产情况来看，产品屈服强度在540MPa560MPa最为合理，即确保了充足的性能富余量，又不会因产品强度太高而导致强屈比偏低。在炼钢环节中，通过稳定转炉装入量、准确计算出钢量、有效控制喷溅，确保采用含量稳定的合金料及合理的合金加入顺序等手段，并且随着近几年称量系统的不断完善、数据信息传递更加及时、准确，使得炼钢成分控制精度得以明显提高，为高强抗震钢筋的窄成分控制提供了基础。
2.2 成分优化
2.2.1 以固溶強化为主的元素控制
钢中主要起固溶强化作用的元素主要有【C】、【Mn】、【Si】，【C】含量较低时，随着【C】含量的升高是有利与提高产品强屈比的，且【C】的合金成本非常低，所以设定【C】含量内控制范围时，要尽量靠近国标上限要求，从而提高强屈比，降低其他合金料消耗。
随着【Mn】含量的提高，抗拉强度上升速度要明显高于屈服强度，所以强屈比升高速度也较为缓和，有利于提高强屈比。但是由于当【Mn】和【Si】含量较高时，钢的韧性将出现大幅降低，所以当【Mn】含量的过高时，很可能造成最大力总伸长率、冷弯等检验项目不合格。
所以在确定【Mn】和【Si】的含量内控制范围时，要在确保钢材的韧性不受影响的同时尽可能提高控制范围。
2.2.2 【Cr】元素的控制要求
当【Cr】元素含量较低时，对强度的贡献较小，但对韧性的提升作用非常明显，且【Cr】的加入，可以提高【V】在奥氏体中的溶解度，这种作用使得V（CN）的析出最大量所对应的温度降低，增加了【V】的固溶强化效果，减轻了V的析出强化和细晶强化的作用，避免使钢的晶粒过度细化，所以在提高钢的屈服强度的同时，能够大幅度提高其抗拉强度。但其与锰、硅、钒搭配使用时，淬透性将大大提高，同时当【Cr】含量过高时可能造成晶粒过分细小，从而导致强屈比大幅降低。从生产实践情况来看，少量【Cr】元素的加入，对提高产品强屈比有明显作用。
2.2.3 微合金化的应用
微合金化钢是在普通的低CMn钢中添加微量的强碳氮化物形成元素（如铌、钒、钛等）进行合金化，通过控制轧制，可以起到晶粒细化、析出强化、再结晶控制、夹杂物改性等作用。考虑经济合理、生产组织方便等因素，HRB500E开发时采用了钒的微合金化技术，而合金料采用的是钒铁。通过多次实践生产對比发现，添加氮化钒铁时钒的利用率要高于钒氮合金，而钒铁利用率最低。通过实际生产对比发现，使用钒氮合金最为合理，即保证了较高的第二相析出量，也不会因析出量过大而造成的晶粒过度细化，使产品强屈比降低。
2.2.4 环境温度变化的影响
由于我地区冬夏季温差较大，夏季最高在30℃以上，冬季在20℃以下，所以导致轧后冷却速度存在一定的差异。从多年我公司生产螺纹钢的经验看，冬季较夏季性能约升高10MPa15MPa，而从上述分析可知，性能的高低与强屈比存在密切的关系。所以当冬季性能升高时势必会造成产品强屈比的下降，从而导致产品抗震指标一次合格率降低。为此在成分设计时必须考虑环境温度变化的影响，以满足产品抗震指标要求。
2.3 轧制工艺优化
为得到珠光体+铁素体组织，保证钢筋的抗震性能，产品开发时将开轧温度范围定为11501200℃，以避免因轧制温度过低而造成的晶粒过分细小。
当加热温度在950℃1050℃以上时，奥氏体晶粒度长大倾向已经开始迅速增大，所以当开轧温度不低于1050℃时，并不会造成晶粒过度细化，且V的碳氮化物固溶温度很低，在850℃950℃迅速溶解，在940℃时溶解入奥氏体的量可达95%，而在1100℃以下就可完全溶解。因此将开轧温度控制在1050℃1100℃最为合理。
3 结语
通过研究轧制工艺、微合金化、各元素及强化机制对高强抗震钢筋抗震指标的影响，对产品成分进行重新梳理、细化。并对考虑环境温度变化、不同开轧温度对产品强度及微合金化的影响等因素，相应的对产品生产工艺进行了逐步优化，大幅提高了产品一次合格率，彻底解决了HRB500E高强抗震钢筋由于抗震指标合格率偏低造成的不能批量生产问题。
参考文献：
[1]杨才福，张永权，柳书平.VN微舍金化钢筋强化机制.钢铁，2011，55～57.