亢红丽
韩城同兴冶金有限责任公司 陕西韩城 715405
摘要：在我国快速发展的过程中，我国的科技发展十分迅速，新标准实施后，为了探究热轧带肋钢筋最佳生产工艺，对不同生产工艺的主要钢企生产的钢筋进行了研究。分析表明，采用穿水冷却工艺，试样的强度偏高、韧性偏低，金相组织不合格，部分试样反向弯曲及抗震性能不合格，说明该工艺已严重不符合新标准要求；采用加铬、钼合金化热轧工艺，试样间强度偏差较大，且反向弯曲性能不合格，说明工艺不易控制、产品质量不稳定；采用常规热轧工艺，试样屈服强度偏低，仅高出标准下限１～２ＭＰａ，说明该工艺生产的钢筋强度不够；采用钒氮合金化热轧工艺，试样各项试验指标均良好，当钒质量分数为０．３３％～０．３６％、氮质量分数为０．０２２％～０．０２５％时，产品综合质量最佳。
关键词：热轧带肋钢筋；成分分析；性能分析；生产工艺
引言
近年来，我国城镇化水平不断提高，房地产行业发展迅猛，热轧带肋钢筋是保证建筑结构安全的重要材料之一。我国处于地震多发区域，要求热轧带肋钢筋具有良好的抗震性能，近年已强制淘汰335MPa级热轧带肋钢筋，建筑用钢筋使用400MPa级以上带肋钢筋。国内热轧带肋钢筋生产企业众多，目前400MPa级热轧带肋钢筋的生产工艺主要有三种：微合金化工艺、控轧控冷工艺和余热处理工艺。
1原理
提高钢肋强度的传统方法是增加钢中碳和锰的含量，但是用增加碳和锰的含量来提高钢肋强度，则存在延性、弯曲性能和可焊性等重要工程性能急剧下降的问题。为此必须寻求既能增加钢筋强度又能提高其使用性能的方法来解决这一问题。而微合金能解决此问题。微合金化技术是靠加微量合金元素来提高性能的技术。微合金化元素是在钢热加工过程中固溶或者以碳氮化物方式存在，分别对细化组织、相变强化、沉淀强化等起着显著作用，使机械性能得到提高，从而获得高强度、高抗脆断性，以良好的冷加工成型性和可焊性的微合金化钢。基于微合金化是大多数低合金高强度钢的特征之一、晶粒细化是提高强度和韧性的有效方法、微合金元素碳化物、氮化物的析出是影响合金钢性能最根本的因素等原理，从应用最广的三种元素中选用V元素，进行V-Fe微合金生产HRB400，研究中期为了在同等效果下降低成本增利，又使用V-N微合金生产HRB400，原理如下：通过加入微合金元素V在铁素体中与碳、氮结合生成细小弥散的颗粒物V（C、N），产生沉淀强化（这是因为含V微合金钢在r区的不高的温度下能溶解大量的V的碳氮化合物），阻止在正火温度下奥氏体晶粒的长大，控制奥氏体的再结晶，同时利用钒细化铁素体晶粒，提高了钢筋强度，并且钒元素促进了焊接热影响区中奥氏体晶界上铁素体的形成，增加焊接热影响区的韧性，改善焊接性能。故利用钒微合金化强化效果好的优点，可生产出质量稳定，强度高、塑性好、焊接性能优良、有利于抗震的400MPa以上高强度可焊钢筋。
2新标准下热轧带肋钢筋生产工艺
2.1拉伸试验
拉伸性能属于钢筋性能主要指标之一，包括抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、最大力下总伸长率等６个性能指标。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不同生产工艺下产品质量相差明显，具体如下：（１）采用穿水冷却工艺（Ｂ、Ｇ），试样的强度指标易偏高，比如Ｇ组试样的下屈服强度达到４９６ＭＰａ，高出标准下限９６ＭＰａ，且最大力下点伸长率（Ａｇｔ）指标刚好达到标准要求下限，可见其韧性严重偏低。（２）采用铬钼合金热轧工艺（Ｅ），试样的屈服强度及抗拉强度偏差较大，超过２７ＭＰａ。（３）采用常规热轧工艺（Ｉ），其试样下屈服强度较低，仅高出标准下限要求１～２ＭＰａ，一般钢筋生产设计的屈服强度必须预留２０ＭＰａ以上余量，说明该工艺生产的钢筋强度明显不够。（４）采用钒氮合金热轧工艺（Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｆ和Ｈ），试样拉伸试验各项指标均良好，当钒质量分数为０．０３３％～０．０３６％、氮质量分数为０．０２２％～０．０２５％时，产品综合质量最佳。
2.2微合金化钢筋工艺研究
钢的微合金化是指在原有主要合金元素的基础上添加微量的Nb，V，Ti等碳、氮化物形成元素。Nb，V，Ti具有形成氮化物和碳化物的能力，与Fe原子的半径差很小，且氮、碳化物面心立方结构和钢的面心立方、体心立方基体有共格性，一定条件下既可溶入基体又可从基体中析出。V，Nb，Ti的氮化物对奥氏体的钉扎作用可以细化奥氏体晶粒和最终的铁素体晶粒，其氮化物和碳化物析出的先后顺序取决于氮化物和碳化物在奥氏体中的溶解度，固溶的溶质原子对扩散控制的反应或相变有拖曳作用，从而使再结晶过程较长，氮化物的析出既促进相变的生核，又推迟二次晶粒的长大，具有较细的奥氏体晶粒。国标自GB1499—1998开始，对微合金化元素提出“根据需要，钢中还可以加入V，Nb，Ti等元素”，这给生产带来了更大的调整空间，在保证性能合格的前提下，充分发挥自身技术优势，微合金化钢中控制V，Nb，Ti的质量分数以满足性能要求为前提，尽量降低生产成本。对比Nb，VN，VFe，Ti等微合金化工艺在生产稳定性、产品质量、成本等方面的优缺点，从而合理选择不同的微合金化工艺。
2.3金相组织分析
新标准要求钢筋的金相组织属于必检项目，且基圆上不应出现回火马氏体。采用穿水冷却工艺生产的２组试样的截面基圆外围有明显不同于内部区域衬度的封闭圆环，将其放大５００倍后观察发现边部组织均为回火马氏体（Ｍ），属于不合格组织。采用热轧工艺生产的７组试样截面组织均为铁素体和珠光体（Ｆ＋Ｐ），金相组织合格。通过金相组织分析说明，应采用热轧工艺生产钢筋，穿水冷却工艺已不符合新标准要求。
2.4控轧控冷工艺
控轧控冷工艺主要是利用细晶强化和沉淀强化机理，采取精轧前和成品架次后分段穿水的方法，提高钢筋的强度，改善钢筋的韧性和塑性，以此达到降低合金添加量，降低吨钢生产成本的目的。
2.5力学性能对比
对于微合金化和控轧控冷工艺，分别取同批次同规格九根试样，每次检验3根试样，初始检验后力学性能能够满足抗震钢筋要求。微合金化工艺，3d后复检力学性能屈服强度平均下降3MPa，抗拉强度平均下降6MPa；15d后复检力学性能屈服强度平均下降6MPa，抗拉强度平均下降12MPa。控轧控冷工艺，3d后复检力学性能屈服强度平均下降18MPa，抗拉强度平均下降23MPa；15d后复检力学性能屈服强度平均下降21MPa，抗拉强度平均下降37MPa。虽然微合金化和控轧控冷工艺初始检验力学性能能够满足抗震钢筋要求，但对比3d和15d后复检结果可知：微合金化工艺比控轧控冷工艺钢筋力学性能稳定。
结语
（１）采用穿水冷却工艺，试样的强度普遍偏高、韧性偏低，金相组织不合格，部分试样反弯性能及抗震性能不合格，说明该工艺已经严重不符合新标准要求。（２）采用铬钼合金热轧工艺，试样间强度偏差较大，且反向弯曲性能不合格，说明工艺不易控制、产品质量不稳定。（３）采用常规热轧工艺，试样屈服强度较低，仅高出标准下限要求１～２ＭＰａ，加上仪器误差，此值属于不可靠值，一般钢筋生产设计的屈服强度必须预留２０ＭＰａ以上余量，说明该工艺生产的钢筋强度明显不够。
参考文献：
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［２］杨才福，陈雪慧，王瑞珍．高强度建筑钢筋质量分析及标准修改建议［Ｊ］．钢铁，２０１７，５２（４）：９４．
［３］冯超，刘宝石．标准推进热轧带肋钢筋质量提升［Ｊ］．世界金属导报，２０１８－１０－３０（Ｂ１０）．
［４］杨照辉，蔡艳，黄芳．浅谈高强钢筋的发展前景及推广对策［Ｊ］．现代营销（下旬刊），２０１８（６）：９０．
论文作者:亢红丽
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/18
标签：合金论文; 钢筋论文; 试样论文; 工艺论文; 强度论文; 氮化物论文; 金相论文; 《建筑细部》2019年第12期论文;