摘要：地震具有突发性和不可预测性，以及频度较高，并会产生次生灾害，对社会产生很大影响。因此，建筑物必须具有一定的抗震性能。作为钢筋混凝土中的必备材料，建筑钢筋需满足以下性能：抗震钢筋的实测抗拉强度与实测屈服强度特征之比不小于1．25；钢筋的实测屈服强度与标准规定的屈服强度特征值之比不大于1．30；钢筋的最大力总伸长率不小于9％。以上确保了钢筋的抗震能力．在发生地震时钢一混结构产生的应力集中和应力梯度使构件能在很宽的范围内产生塑性变形，吸收较多的地震能。
关键词：建筑；热轧；组织；性能；
降低轧制温度、终冷温度和增大晶粒尺寸的方法都可以有效地降低屈强比：冷却速度控制在中间某一值时，才能在保持较高强度的同时保证低屈强比。
一、概述
现代化建筑用钢除了一般工程结构要求的高强、高韧和可焊性能外，钢板的抗震性能作为保障建筑结构安全性的重要指标，已越来越多的受到广大科研工作者和应用生产企业的关注。对于具有抗震设防要求的建筑结构，建筑结构用钢板必须具有较高的塑性和较低的屈强比、屈服强度波动小、良好的低温冲击性能、抗层状撕裂性能和焊接性能等。钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值称为屈强比，屈强比低表示材料的塑性较好，屈强比高表示材料的抗变形能力较强。因此，通过控制工程用钢生产过程中的热轧参数，改善材料的微观组织进而达到具有抗震性能的建筑用钢是今后高强钢开展的重要方向。
二、试验材料与方法
根据生产HRB500钢筋的经验，确定了添加了微合金化元素V的HRB 500E钢筋化学成分（质量分数，%）为：0.19～0.25 C，0.40～0.80 Si，1.20～1.60Mn，P≤0.045%，S≤0.045%，C e q≤0.55%。HRB500E抗震钢筋试制工艺路线为：100 t电炉进行熔炼（浇注温度为1570～1625℃，浇注过程中控制好铸坯质量）→脱氧与微合金化→净化除杂→5机5流150方坯连铸→步进式加热→18架连轧机组→冷却→打包→入库。为制定合理的热处理工艺制度，在Gleeble-3500热模拟试验机上测定试验钢的Ac1和Ac3点，分别为830、710℃。熔炼的钢筋铸锭的化学成分采用电感耦合等离子发射光谱进行分析，化学成分（wt，%）为0.23C、0.55Si、1.40Mn、0.10V、0.011P、0.020S。控制HRB500E钢筋钢坯开轧温度在1200℃左右，终轧温度分别设为760、820、880、940℃，尽量避免钢筋组织粗大，不均匀等现象产生。钢筋的最终尺寸控制按HRB500E钢筋相应规格进行控制，最终轧制成Ø8mm和Ø12mm两种直径的钢筋。对各组试样进行常温拉伸试验，得到屈服强度、抗拉强度的测试值，拉伸力学试验在MTS 809电子万能拉伸机上进行，每组样品选取5根试棒，取其平均值作为测试结果；采用金相显微镜观察不同热处理制度下，钢筋的显微组织变化，金相试样采用砂轮切割后用砂轮及不同粒度的砂纸磨平，机械抛光后用3%的硝酸酒精溶液腐蚀后在金相实验室OLYMPUSGX41金相显微镜上进行观察。
三、结果与分析
1.形变量与轧制温度。图1为两种不同规格的钢筋在不同的形变温度与形变量下的金相显微组织。Ø8mm和Ø12mm钢筋的金相显微组织结果表明，在不同轧制温度下，合金为典型的热轧金相组织，均为铁素体+珠光体共存的组织。
图1 不同形变量与形变温度下的金相显微组织
其中，图1（a）、（b）分别为Ø12mm钢筋在轧制温度为760、880℃下空冷后的组织，图1（c）、（d）分别为Ø8mm钢筋在轧制温度为760、880℃下的空冷后的组织。综合可看出，随热轧温度的升高，Ø8mm和Ø12mm钢筋中铁素体颗粒明显粗化且数量减少；准8mm和准12mm相比，准12mm钢筋中的铁素体更多，尺寸相对较大。根据文献研究结果可知，组织中较多的铁素体组织，可提高钢筋的延性与强屈比指标，有利于钢筋的抗震性能的提高，但是过多的铁素体将导致钢筋的强度性能降低。运用金相法定量分析了不同规格不同轧制温度下的钢筋中铁素体的含量，结果如图2所示，
图2不同规格的钢筋的铁素体含量随着轧制温度的变化每一种状态下，随机选取20个视场，以其平均值作为测试的最终结果。从图可看出，Ø8mm和Ø12mm钢筋在同一轧制温度下，金相组织中铁素体的含量明显不同，随轧制温度不断升高，合金中铁素体的含量不断降低，尤其是在轧制温度从820℃上升至880℃的过程中，铁素体的含量降低幅度较为明显，可能的原因在于试验用钢的奥氏体化温度在820～880℃，在接近于880℃轧制状态下，组织中的铁素体含量较大幅度的降低。随轧制温度的进一步上升，920℃轧制下的铁素体含量基本与880℃轧制下保持在同一水平，下降幅度有限。此外，随钢筋尺寸的上升，钢筋中铁素体的含量逐渐减少。随轧制温度的降低，Ø8mm和Ø12mm钢筋的抗拉强度与屈服强度不断增加，而强屈比不断降低，最大力下的总伸长率（A gt）也不断降低。当轧制温度在880℃以上时，Ø8mm和Ø12mm钢筋的屈服强度都保持在500MPa以上。对于Ø8mm钢筋，随着轧制温度从760℃上升至940℃，强屈比从1.32降低至1.21，最大轧制力下的总伸长率A gt则从12%降低至9.5%；对于Ø12mm钢筋，随着轧制温度从760℃上升至940℃，强屈比从1.40降低至1.25，最大力下的总伸长率则从13.5%降低至10.5%。钢筋规格越粗，钢筋的强屈比增加，最大力下的总伸长率也升高，在同一轧制温度下，Ø12mm和Ø8mm钢筋的强屈比约高4%左右。由于HRB500E热轧抗震钢筋要求，强屈比应保持在1.25以上，最大力下的总伸长率保持在9%以上，因此，对于Ø8 mm钢筋，合宜的轧制温度为880℃左右；对于Ø12mm钢筋，合宜的轧制温度为880～940℃。
2.钢筋的时效处理。分别对热轧水冷后的Ø12mm和Ø8mm的钢筋进行人工时效处理，时效处理制度为150℃保温2h，以便消除轧制过程中的热应力，使高强抗震钢筋在以后的使用过程中性能稳定，结果如表1所示，
表1 时效前后的力学性能的变化
两种规格的钢筋在强度上都表现出明显的低温时效。对于Ø8mm钢筋，时效处理后的抗拉强度降低了30MPa，屈服强度降低了28MPa，强屈比上升了0.01，最大力下的总伸长率也上升了0.5%；对于Ø12 mm钢筋，时效处理后的抗拉强度降低了30MPa，屈服强度降低了31 MPa，强屈比上升了0.02，最大力下的总伸长率也上升了1%。在同样时效热处理制度下，Ø12 mm钢筋比Ø8 mm钢筋的时效敏感性更显著，两种规格的钢筋时效处理后强屈比都上升，延性性能也得到提高，从抗震钢筋的要求上来讲，经时效处理后，钢筋的抗震性能得到改善。对进行时效处理后的成品钢筋进行金相显微组织观察，不同规格的钢筋经过时效处理后仍然是珠光体与铁素体共存的组织，但是Ø8 mm的钢筋晶粒度明显小于Ø12 mm的钢筋的晶粒组织。细晶组织有利于提高合金的强度与延性，这也与前述的Ø12mm和Ø8mm的钢筋的拉伸力学性能测试结果保持一致。
随热轧温度的升高，Ø8mm和Ø12mm钢筋中铁素体颗粒明显粗化且数量减少；Ø8mm和Ø12mm相比，准12mm钢筋中的铁素体更多，尺寸相对较大。随着轧制温度的不断升高，合金中铁素体的含量不断降低，尤其是在轧制温度从820℃上升至880℃的过程中，铁素体的含量降低幅度较为明显。随钢筋尺寸的上升，钢筋中铁素体的含量逐渐减少。随着轧制温度的降低，Ø8mm和Ø12mm钢筋的抗拉强度与屈服强度不断增加，而强屈比不断降低，最大力下的总伸长率也不断降低。
参考文献：
[1]孙建新．浅谈建筑用抗震热轧钢的力学性能研究.2017.
[2]于庆萍．钢中的碳含量和显微组织对屈强比的影响．2017.
论文作者:李晓红
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：钢筋论文; 金相论文; 温度论文; 组织论文; 时效论文; 强度论文; 性能论文; 《电力设备》2018年第19期论文;