汉钢公司抗震钢筋HRB500E生产工艺分析

柴磊

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

[1]范银平，李璟，杨陈莉.HRB500E抗震钢筋生产工艺及性能优化[J].河南冶金，2017（1）.

[2]沈小二，李长江.HRB500E抗震钢筋工艺优化研究与应用[J].山东工业技术，2017（19）：61-61.

[3]孙贵平，侯鑫宇，王峻，et al.氮微合金化生产HRB500E钢筋试验研究[J].金属材料与冶金工程，2018（2）.

[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.

[5]吴光亮，武尚文，张永集，et al.氮合金化HRB500E钢筋连铸传热过程模拟及配水工艺优化[J].材料导报，2019（5）.