鄧家木 陳 偉 趙 亮 劉紅兵

(武昆股份技術(shù)中心)

1 前 言

昆鋼生產(chǎn)的大規(guī)格HRB500E抗震鋼筋主要用于高層建筑、大型建筑、高速公路(如昌寧-保山高速)、橋梁、水電站等重點工程和民用抗震建筑結(jié)構(gòu)，對鋼筋性能指標(biāo)要求較嚴(yán)。2019年1～4月，安寧公司650生產(chǎn)Φ28～40mmHRB500E鋼筋50200t，鋼筋初驗抗震合格率88.08%，復(fù)驗抗震合格率96.59%，抗震合格率偏低嚴(yán)重制約了大規(guī)格HRB500E抗震鋼筋的銷售、推廣應(yīng)用及市場競爭力的提升。按照昆鋼鋼材產(chǎn)品質(zhì)量判定要求，達(dá)不到抗震要求的大規(guī)格HRB500鋼筋全部判為廢品，判廢造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。針對上述情況，為進(jìn)一步提高安寧公司本部大規(guī)格HRB500E鋼筋抗震合格率，改善鋼筋抗震性能，更好地促進(jìn)HRB500E抗震鋼筋的銷售和推廣應(yīng)用，開展了公稱直徑28mm及以上大規(guī)格HRB500E鋼筋抗震性能提升工藝優(yōu)化研究。

目前國內(nèi)外生產(chǎn)大規(guī)格Φ28～40mmHRB500E鋼筋主要采用釩微合金化熱軋工藝和釩微合金化控軋工藝，按照GB/T1499.2-2018抗震鋼筋性能要求，鋼筋抗震合格率不高，多數(shù)維持在85～90%左右，國內(nèi)特別是北方鋼廠500MPa高強(qiáng)鋼筋主要按HRB500、HRB500E組織生產(chǎn)。云南地處地震多發(fā)地帶，為確保建筑物抗震設(shè)防要求，昆鋼500 MPa高強(qiáng)鋼筋要求全部按HRB500E組織生產(chǎn)，其工藝控制難度較大。由于釩微合金化生產(chǎn)成本較高，為降低成本，提高鋼筋的抗震合格率，昆鋼在公稱直徑28mm及以上大規(guī)格HRB500E鋼筋開展實施了鉻釩復(fù)合(Cr-V)合金化熱軋工藝生產(chǎn)試驗，并迅速推廣形成大批量生產(chǎn)，2019年6月～2020年1月期間大規(guī)格鋼筋抗震合格率達(dá)到100%，為HRB500E抗震鋼筋的銷售推廣及市場競爭力的提升創(chuàng)造了條件。

2 工藝裝備條件

本部煉鋼環(huán)節(jié)，有3座60t轉(zhuǎn)爐和1座爐外精煉LF爐，并配置有2臺5機(jī)5流連鑄機(jī)。

昆鋼650經(jīng)過2013年實施全連軋工藝系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能升級改造后，目前其主要工藝裝備為：1座雙蓄熱式推鋼煤氣加熱爐；軋線布置為粗軋Φ750×4/Φ650×4，中軋Φ475×6，精軋Φ350×6共計20個機(jī)架構(gòu)成全連軋棒材生產(chǎn)線。粗中軋為平立(H/V)交替布置，粗軋前2架(1H、2V)實施脫頭軋制(針對230、200方)；精軋機(jī)組除16V為立式軋機(jī)外其余五架采用水平布置。具有如下工藝特點：

(1)蓄熱式推鋼煤氣加熱爐。煤氣和空氣均預(yù)熱1000℃以上，加熱環(huán)節(jié)采用工業(yè)微機(jī)和PLC構(gòu)成熱工控制系統(tǒng)，具有生產(chǎn)操作靈活、鋼坯加熱均勻、減少能源消耗、氧化燒損少和節(jié)能等優(yōu)點。

(2)粗中軋機(jī)組采用微張力軋制，精軋機(jī)組采用無張力活套軋制，以有效保證產(chǎn)品尺寸精度和有利于負(fù)偏差軋制。

(3)精軋機(jī)組后配置有軋后控制冷卻裝置，使軋件經(jīng)高效控制冷卻裝置后獲得高屈服強(qiáng)度和高延展性的組織結(jié)構(gòu)，從而為低成本生產(chǎn)HRB500 MPa級大規(guī)格鋼筋(如Φ28mm)提供必要的技術(shù)保證。

3 提高鋼筋抗震性能的工藝措施

3.1 進(jìn)一步優(yōu)化成分

鋼中加入Cr，可提高鋼的強(qiáng)度和硬度，同時有利于提高鋼的抗銹蝕能力。鋼中加入V，細(xì)化晶粒；且形成彌散的高溫質(zhì)點碳氮化物(V(C，N))，固定鋼中的氮；適當(dāng)提高強(qiáng)度和改善塑韌性。通過鉻釩復(fù)合(Cr-V)合金化生產(chǎn)工藝的幾次摸索和試驗分析，其主要成分按表1控制。

表1 鉻釩復(fù)合工藝大規(guī)格HRB500E鋼筋的成分控制

3.2 不同規(guī)格,其生產(chǎn)方式不同。

就大規(guī)格HRB500E鉻釩復(fù)合生產(chǎn)工藝而言，Φ28mm規(guī)格采用熱軋(微控冷)工藝；Φ32～40mm規(guī)格采用熱軋工藝組織生產(chǎn)。

3.3 軋制主要工藝參數(shù)控制

(1)開軋溫度：1000～1040℃；

(2)Φ28規(guī)格，軋后采用熱軋(微控冷)工藝，使軋件上冷床溫度：1010～1030℃；Φ32～40mm規(guī)格，則采用熱軋工藝，軋件上冷床溫度：1020～1 050℃。

4 工藝優(yōu)化效果

4.1 力學(xué)性能統(tǒng)計

經(jīng)批量試生產(chǎn)，2019年11～12月份大規(guī)格Φ28～32mmHRB500E性能統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 Φ28～32mmHRB500E鋼筋性能指標(biāo)

4.2 力學(xué)指標(biāo)的正態(tài)分布

2019年11～12月大規(guī)格Φ28～32mmHRB500E鋼筋的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率正態(tài)分布見圖1、圖2、圖3。

圖1 屈服強(qiáng)度的正態(tài)分布圖

圖2 抗拉強(qiáng)度的正態(tài)分布圖

圖3 伸長率的正態(tài)分布圖

4.3 材上氣體分析

經(jīng)取樣做材上氣體分析表明：大規(guī)格HRB500E鋼筋材中的氧一般為35～74ppm；鋼中的氮含量一般在70～120ppm。

4.4 金相組織

(1)現(xiàn)場隨機(jī)取Φ28HRB500E試樣做金相，其結(jié)果見表3。

表3 Φ28mmHRB500E鋼筋的金相及晶粒度分析

由此可以看出：鉻釩復(fù)合控軋(控冷)工藝生產(chǎn)的大規(guī)格鋼筋，其鐵素體晶粒度在11.5～12級；組織為：鐵素體+珠光體(47～52%)。

(2)典型金相形貌

典型金相形貌見圖4、圖5。

圖4 鋼筋宏觀檢驗及鐵素體晶粒度級別

圖5 金相組織：P(52%)+F(28mmHRB500E鉻釩復(fù)合軋制號19051413)

4.5 斷口分析

經(jīng)拉力試驗后，取斷口樣來做掃描電鏡分析，其斷面均為典型的韌窩斷口形貌見圖6、圖7，說明大規(guī)格鋼筋拉力斷口正常，塑性指標(biāo)良好。

圖6 Φ28mm鋼筋斷口形貌

圖7 Φ32mm鋼筋的斷口形貌

4.6 非金屬夾雜物分析

取Φ32mmHRB500E試樣，其非金屬夾雜物分析結(jié)果見表4。

表4 Φ32mmHRB500E鋼筋的夾雜物分析

從非金屬夾雜物分析可知：煉鋼環(huán)節(jié)應(yīng)加強(qiáng)冶煉、吹氬和爐外精煉的操作，以控制好鋼中的大型夾雜物。

綜上分析可知：冶煉采用鉻釩復(fù)合(Cr-V)工藝；軋鋼環(huán)節(jié)，采用熱軋(微控冷)工藝或熱軋工藝組織生產(chǎn)，大規(guī)格Φ28～40mmHRB500E鋼筋的質(zhì)量總體穩(wěn)定可控。

4.7 大規(guī)格HRB500E的抗震合格率

2019年期間，大規(guī)格HRB500E的抗震合格率97.90%(2019年5月以前，采用釩微合金工藝，其抗震合格率較低)；特別是在2019年6月～2020年1月期間，本部650生產(chǎn)線全部采用鉻釩復(fù)合工藝共生產(chǎn)1088爐批，其抗震合格率達(dá)到100%。

5 結(jié) 論

(1)為確保建筑物抗震設(shè)防要求，昆鋼500 MPa高強(qiáng)鋼筋全部按HRB500E組織生產(chǎn)，其工藝控制難度較大。

(2)鑒于大規(guī)格HRB500E鋼筋應(yīng)用于高速公路、橋梁、水電站等重點工程和民用抗震建筑結(jié)構(gòu)，對鋼筋性能要求較嚴(yán)。煉鋼環(huán)節(jié)應(yīng)加強(qiáng)冶煉、吹氬和爐外精煉的操作，以控制好鋼中的大型夾雜物。

(3)為了提高鋼筋的抗震合格率，在公稱直徑28mm及以上大規(guī)格HRB500E鋼筋開展實施了鉻釩復(fù)合(Cr-V)合金化控軋工藝和熱軋工藝生產(chǎn)試驗，形成了大批量生產(chǎn)并推廣，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量總體穩(wěn)定可控；2019年6月～2020年1月期間大規(guī)格HRB500E鋼筋抗震合格率達(dá)到100%，為HRB500E抗震鋼筋的銷售推廣和市場競爭創(chuàng)造了條件。