汉钢公司抗震钢筋HRB500E生产工艺分析

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  摘 要:漢钢公司采用“微合金化控轧控冷工艺”,从化学成分、生产过程工艺控制、力学性能等方面出发,结合HRB500E钢筋试轧结果,对其生产工艺和力学性能情况进行了详尽分析,以期为广大从业者提供可靠借鉴。
  关键词:汉钢公司;抗震钢筋;HRB500E;生产工艺
  随着经济的快速发展,人们对建筑抗震性能的要求也在不断提高。为进一步提高建筑的抗震能力,提升高层建筑的安全性,必须要开发高性能、高强度的钢筋。HRB500E抗震钢筋目前在业界已经体现出诸多优点,如强度高、性价比高等,在超高层建筑建设以及大跨度构件浇筑等方面应用效果良好。并且,我国近几年尤其注重“节能减排”,建筑行业的“节能化”发展趋势越发明显,在《钢铁产业调整和振兴规划》中着重强调了钢筋制造水平提升的相关要求。在这样的背景下,加强对抗震钢筋HRB500E生产工艺的探究,为行业发展提供足够的理论支撑,就显得有极其重要的现实意义。
  一、HRB500E生产工艺设计
  (一)HRB500E钢筋化学成分
  HRB500E钢筋化学成分设计必须要考虑以下两个方面的内容:一是微合金元素,根据GB/T 1499.2-2018《钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋》中有关于钢中可加入V、Nb、Ti等元素的原则以及钢的氮含量应不大于0.012%,钢中如有足够数量的氮结合元素,含氮量的限制可适当放宽相关原则,HRB500E钢筋化学成分控制要求制定为C≤0.25、Si≤0.80、Mn≤1.60、P≤0.045、S≤0.045;二是抗震钢筋生产的常规元素含量以及配比[1]。
  (二)HRB500E钢筋力学性能
  HRB500E钢筋力学性能要满足现行的国家标准,为避免生产制造出现质量问题,进一步提高HRB500E钢筋的可靠性,必须要留出一定的“裕度”,所以HRB500E钢筋力学性能的制定必须要适当的提升各项控制要求,具体为:ReL/MPa≥520、Rm/MPa≥650、A/%≥15、Agt/%≥9.0[2]、R0m/R0eL≥1.25、R0eL/ReL≤1.30。
  (三)HRB500E钢筋生产过程
  HRB500E钢筋生产过程的考虑要立足在原有钢筋加工过程之上,同时要考虑到生产制造设备需求,这里以微合金化控冷生产工艺为例,生产过程为:顶底复吹转炉冶炼→吹氩站→方坯铸造→加热→连续轧制→控冷→冷床空冷→定尺剪切→打包→称重→入库[3]。
  二、HRB500E钢筋生产工艺试制
  (一)炼钢工艺
  1、转炉冶炼
  转炉冶炼严格控制铁水、废钢装入量,稳定石灰、合金等原材料质量,操作过程精心操作,出钢使用挡渣锥挡渣,人员相互配合得当,提高挡渣率。同时,根据终点钢水情况合理调整脱氧合金用量,准确计算硅锰、硅铁、钒氮、铌铁等合金加入量,并严格按照工艺制度要求的加入顺序、加入时机配加合金[4],钒氮、铌铁合金需与硅锰、硅铁等合金共同加入,提高吸收率,一般控制在95%以上。出钢过程采用全程底吹氩,吹氩时间控制在8min以上,利用吹氩搅拌,使钢水中的夹杂物逐步上浮。
  2、连铸工艺
  在高温状态下,V、Nb的析出、分布较为分散,在连铸的过程中,铸坯还会受到各种应力的影响,其中先共析铁素体带应力最为集中,所以先共析铁素体带最容易出现裂纹,衍生质量问题。对此,要进一步控制二冷比水量、水量、结晶器液面稳定性、铸坯矫直温度等,通过优化控制来减少裂纹[5]。连铸为八机八流小方坯连铸机,水量需要控制在150m3/h左右,二冷比水量需要控制在1.25L/kg左右,中包钢水过热度需要控制在25摄氏度左右,浇注方法为一般“恒拉速、恒温、恒液面浇注”法,拉速需控制在3.5m/min左右,最终钢坯表面质量、低倍组织质量必须符合要求。
  3、控冷、控轧
  轧制过程采用高刚度短应力线棒材轧机,轧制过程分为粗轧、中轧、精轧三个部分,在精轧结束之后,快速进行控冷,直径为12mm、14mm采用四切分轧制工艺,直径为16mm采用三切分轧制工艺,直径为18mm、20mm、22mm采用两切分轧制工艺,直径为25mm及以上规格的采用单线轧制工艺。加热炉均热段温度、开轧温度和上冷床温度控制在合理范围内,控冷的过程中需要综合考虑钢筋组织要求,着重控制冷却强度、回火温度。通常来说,回火温度越高,钢筋的强度越低,回火温度越低,钢筋强度越高,但是钢筋的韧性、塑性相对比较差。
  检测HRB500E钢筋组织,发现钢筋芯组织为珠光体+铁素体,可满足GB/T 1499.2-2018《钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋》中对钢筋塑性、韧性的要求,同时也能够满足抗震钢筋性能的改善,钢筋想要得到合理的珠光体+铁素体组织,就必须将回火温度控制在马氏体、贝氏体以上,约控制在675℃左右。
  (二)试样结果
  1、力学性能
  试样力学性能采用万能拉力试验机验证,验证对象为公称直径为12mm—25mm的HRB500E钢筋,试验结果表明,HRB500E钢筋的屈服强度均值为545MPa,抗拉强度均值为700MPa,断裂后伸长率均值为23.2%、最大力度下的伸长率均值为14.7%,HRB500E钢筋整体力学性能、抗震性能良好。因HRB500E钢筋中加入了富氮合金、铌铁、钒氮合金,促进了钢筋中碳氮合金的析出,钢筋的奥氏体稳定性得到提升。并且,试制过程中采用的快速冷却工艺,进一步增大了相变温度区的过冷度,相变前的奥氏体组织被改变,提高了铁素体晶粒的形核速率,所以钢筋的综合性能明显改善。
  2、金相显微组织
  对直径为25mm的HRB500E钢筋进行检验,直径25mmHRB500E钢筋的力学性能测试为ReL/MPa=550、Rm/MPa=705、A/%=25.0、Agt/%=15.2,测试样品中芯部组织主要为铁素体+珠光体,无其它组织。在生产的过程中Nb、V有效细化钢材组织和晶粒,故HRB500E钢筋的屈服性能得到了有效提升,而Mn则能够改善实体的稳定性,对于HRB500E钢筋的抗拉性能也有着一定的影响,但是Mn含量若是过高,会对钢筋塑性造成影响。
  结束语
  综上所述,汉钢公司采用的HRB500E抗震钢筋生产工艺,其性能符合我国现行新版国标要求,工艺中通过增加Nb、V、Mn的方法值得借鉴。广大从业者还需要对HRB500E钢筋生产工艺进一步探究,为建筑行业的进一步发展奠定基础。
  参考文献
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  [4]邓建新.宣钢抗震钢筋钒微合金化效果对比[J].河北冶金,2017(7):37-40.
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