HRB400热轧带肋钢筋研制报告

技术开发中心 李有龙 - 每 I 摘 要 ： 运用记社舍全化技术和合适的连铸、 轧制工艺 开震生产 6 - 4 0 I - F d 0 0热轧蒂肋钢筋。末文分 析 1 HR I M0 0强度 提 高的途 径和 塑性 下降 的原 因， 讨论 1进 一 步优恍 工 艺、 降低擞 舍空 成 末和提 高塑性 的途 径 。 l 一 1 关 键 词： 盥 垫 垫 堂 盟 塑 堑墨 兰 全 皇 些而 1 矫 L 静 I 1 铌微合金化的强化机理 2 轧制工艺 根据铌微合金钢热变形 含 6 5 N b的铌 铁 的 熔 点 范 围 在 1 5 8 0 特 点和生产实际 决定 采用控制 坯料加 热温 度 1 6 3 0 C， 它在 钢 中是 一 个 溶解 过 程， 铌是 强碳、 和初 、 终轧温度 轧后 空冷 的轧制 工艺。 其初 、 氮化物形成 元素 在钢 中极 易形成 稳定 难溶 的 终 轧温度见表 2 。 Nb c、 N b ( C N) ， 它 们 在 低 碳 钢 中 的溶 解析 出规 寰2 加热及韧、 终轧沮度( J 律 可用欧文公式表示 ： 1 g Nb c +1 2 t 1 4 N =2 2 66 7 7 0 T ( 1 ) 式中 Nb 、 C 、 N 均为 百分数含量。 在凝固期， 先期析 出的 Nb c 、 N b ( c N) 微小 弥散质点， 有 利于形 成较细小 的等轴 铸遣组织 这种结构赋 子 细小 的原 始奥 氏体 晶粒， 并将在 加热过 程中抑制奥 氏体晶粒长大 。 在奥 氏体 区热变 形 过程 中， 根据 Nb C N 溶 饵析出规律 通过 控 制加 热 温度 、 初 、 终轧温 度 等参数 ， 控 制 Nb C N的析 出时机 ， 利用 眦： N在 奥氏体 中的析 出 钉 扎 晶界 、 亚 晶界 、 位移线 等 晶体缺陷处， 来延迟奥 氏体再结晶开始时间和 防止二次晶粒 长大 达 到细化奥 氏体晶粒 并进 而细化铁素体 晶粒 ， 对钢产生强韧化作用。 由( 1 ) 式 可知 ， 随 着温度 的 降低， 铁素体中 的平衡 固溶度 积 非常微 小 未从 奥 氏体 中析出 的 Nb C N， 在 随 后 的奥 氏体 铁 素 体 相 变和 相 变后， 析出极为细小 的约 1 2 n r n的 N b ， 对钢 有 强烈的沉淀强化作用。 2工 艺 准备 2 1冶 炼 工 艺根 据 GB1 4 9 91 9 9 8标 准， 并结 合 我公 司 生 产 实 际 ， 制 定 了 HR B 4 0 0 内控标准( 表 1 ) 以及相应的冶炼、 连铸技术要点。 表 1 HRB 4 0 0内控 化 学成 分 c l C M n l P , S f N b l 铀 I 1 8 0 2 4 1 3 0 - t 6 0 l0 4 0 - 0 7 0 0 o 4 o o 0 3 0 0 0 5 0 I 0 5 4 初轧温度 l 终轧溢度 1 2 0 棒 材 1 1 5 0 - 1 2 3 0 l 1 0 5 0 - I 1 0 0 0 6 母 10 盘 条 。 s o 5 0 l ? 3 试制结 果 3 1冶 炼试 驻 钢 在公 称 2 0 t转 炉 上冶 炼 ， 实际出锕量 2 7 t ， 铌铁 最后加入锕 包 中。从 熔 炼成分 铌含 量来 看 铌 回收率 稳 定 在 9 5 以上 。钢 水 经底 吹 处理 后 ， 连 铸 成 1 3 0 、 1 5 0 或 1 5 02 2 0方 、 矩 坯， 铸 坯的表 面质量 符 合要求， 没 有出现 含铌钢 易发生 的横 向表面 裂 纹 问题 ， 说 明所采 用的连 铸工 艺 和保护 渣剂 符 合铌钢要求。熔炼成分 见表 3 。 3 2轧制工 艺铌 微 合 金 化 的 目的 是通 过 细 化 晶 粒 和 沉 淀 强 化 的 作 用 来 保 证 H RB 4 0 0热 轧带肋钢筋 的力学性 能 。 3 2 1控制 加 热温 度 要 使 Nb C N 完全 溶解到奥氏体 中 而不使奥氏体晶粒长大。我 公 司 转炉 钢 N卜一 般在 4 0 6 0 p p m 若 N 、 c 】 均按 中限 考虑 即 N =0 0 0 0 5， C = 0 2 0 铌含量取 0 0 2 0 0 4， 根 据 欧 文 公式 求出 Nb C N完全 固溶 湿度 ， 见表 4 。 钢 中 Nb 含量一般在 0 0 3 5 ， 对 应 的完 全固溶 温 度 为 1 2 6 1 实嘣 坯料 出炉 时温 度 在 1 2 3 0 1 2 5 0 由表 4可知 此温 度 应能 满 足 Nb C N的溶 解和 控制 奥氏体 晶粒 长大 的要 求 。 1 3 维普资讯 南钢科技) 2 o o 0年第 4期 研究分析 衰 3 HR B 4 0 0热轧带肋钢筋熔炼成分 号 I 2 6 0 1 2 6 1 1 9 6 8 I 曲 l B 9 2 1 4 B 3 1 拈 4 1 6 8 4 l 伽 21 2 5 5 1 一l l 8 7 2 1 2 4 6 31 2 2 7 C 0 2 3 0 2 0 0 l 9 0 2 0 0 2 1 0 2 2 0 2 0 0 2 2 0 2 1 0 2 2 0 2 l 0 2 3 0 2 1 0 Mn 1 4 2 1 1 4 5 1 蚰 1 3 9 1 4 0 1 4 0 1 3 B 1 4 9 l 4 7 1 4 7 1 | | 1 5 4 1 4 8 P 0 0I B 0 0 2 5 0 0 21 0 0 2 9 0 0 2 6 0 0 2 3 0 0 2 8 0 2 5 0 o 2 3 0 0 1 9 0 0 2 3 0 0 2 5 0 0 2 B 0 0 2 7 S 0 叭 6 0 0 2 1 0 0 1 5 0 O 加 0 0 2 0 0 O 2 0 0 0 2 4 0 0I 9 0 0 1 9 0 0 t B 0 0 2 o 0 0 2 4 0 0 2 l 0 0 1 9 Si 0 57 0 5 4 O 5 7 0 6 0 0 6 5 O 6 0 O 5 o 0 6 0 61 0 6 3 0 6 l 0 砷 0 6 3 0 6 2 Nb 0 0 3 3 0 0 3 3 0 0 3 7 0 0 3 5 0 0 盯 0 0 ， 7 0 0 | l O 0 4 l 0 0 5 o 0 0 4 8 O n ” 0 0 拍 0 o 3 7 0 0 40 0 48 0 4 3 O 4 5 0 4 6 0 4 5 0 4 7 0 4 5 0 4 5 0 4 6 0 4 8 0 4 6 0 4 7 0 4 7 0 4 7 衰 4 Nb 量 与 Nb C N完 全 固藩遵 鹰 对照 衰 Nh 0 0 2 0 0 2 5 0 0 3 0 0 3 5 0 0 4 t C 1 1 81 1 21 2 1 2 30 1 2 61 1 2 80 3 2 2初 、 终轧 温度 由于 棒 材生 产 中终 轧温度 的 控 制 主 要 通 过控 制 初 轧 温 度。一 般 初轧温度 低 终 轧 温 度 相应 较 低， 低 的终 轧 温 度有利于 晶粒 细化 强 化 经实 测 ， 初 轧温 度 在 1 1 8 0 左右 ， 终 轧温度在 1 0 5 0 1 1 0 0 。线材 初 、 终 轧温度 控制情 况较好 。 3 2 3道 次变形量铌微台化钢对道次变 形 量特别敏 感， 尤 其 是初 轧 道次 变 形 量 见 图 1。 E 3 喇 _| 蛙 世 肆 fh小 c - 、 f - L l I I一 J I 1 麟 、 蹋 道 睫 变 彤 量( ) 国 1氍 合空 铜 荒轧 阶段 再 蛄 品真 氏体 晶粒 足寸 每道 次变 形 量大于 1 2 时， 可获得 较细 晶 粒 每道次 变 形 量若 1 0， 由于 此 变 形 量对 混晶现象敏感 ， 将导 致晶粒 粗大。 形率 均 满 足 上述 要求 。舵 5 中3 2规 格， 前 9 道次平 均 变 形 率 在 8 2 6 ， 后 两 道 次 采 用 在 1 1 0 0 C大变形量来破碎粒 ， 道 次平均变形量达 2 5 0 4 ， 可 弥 补 因第 l架 道 次 平均 变 形 量 不 足所 引起的晶粒较粗 的不足 。 衰 5 韧轧道次变形宰 3 2 4道次间传搁时间及变形速率 变形 速 率越 快 ， 晶 粒 破 碎作 用 越 大 再 结 晶晶粒长大的倾 向趋小。传搁时间越短， 晶粒 长大 的时 间越 短 、 晶粒 越 细 。实 际 生产 中 相 同成 分和 C e q的 HRB 4 0 0 分别 经横 列 式轧 机 和连续 式轧机 生产 同一规 格产 品 连 续式 轧机 生产 的产 品力学性 能 明显优 于横 列式的 从表 6可 以看 出 9 -6 9和 9 7 0两个 号 的 Nb含量 要 比 1 6 8 4 、 1 6 8 5两 个 号 低 3 3 以 上 C e q相 当 但强度 和塑性 均 明显优 于后 者 2-1 2 5 5和 3 -1 2 2 1的【 N b 和 C e q与 5 1 3 、 5 1 4相当 但屈 服强度平均提高 6 2 5 MPa 。 4 H R B 4 0 0热轧带肋钢筋力学性姥和工 艺性麓 G B1 4 9 9 - 1 9 9 8 珉B 4 0 0钢 筋 混凝 土 用 热 轧带肋钢筋 的力学性能工 艺性能见 表 7 。 HRB 4 0 0钢 筋 的力学性 能和工艺性 能见表 由表 5可见 F 2 2 规格的初轧道次变8 。 l 4 维普资讯 研究分析 ( 南钢科技) 2 o o o年第 4期 表 6 横列式与连续式轧机产品力学性能比较 炉号 c I M R P l s c 田 岛 备 横 1 6s 4 O 2l J 1 4 9 o n2 3 J o Ol 9 O 61 o 0 50 o 4 6 4 3 O 6 2 5 2 2 , 刊 式 1 6 8 5 o 2 2 l 1 4 7 o o1 9 l 0 01 8 0 63 o 0 48 0 4 8 43 0 6 25 21 02 5 连 9 6 9 o 2 0 l 1 4 8 0 o2 8 I o 01 6 0 6 1 O O 3 0 o 4 5 44 0 6 25 25 02 5 续 9 7 0 0 22 I 1 4 2 0 02 4 o 02 4 0 6 3 o 0 32 o 4 6 4 6 o 6 3 5 24 02 5 横 5 1 3 o 2 1 1 1 5 2 o 0 3 2 o 0 2 5 O 5 8 o 4 0 o 4 7 ,1 2 5 6 2 0 2 7 01 2 列 式 5 1 4 0 2 3 l 1 4 7 o 0 2 5 l o 0 2 6 O 5 6 0 0 3 6 o 4 8 4 3 o 6 3 5 2 9 01 2 垒 2 1 2 s 5 o 2 1 l 1 4 7 o 0 2 3 l o 0 2 o o 6 l 0 0 3 7 o 4 6 4 8 5 6 9 O 2 9 0 l O 连 续 式 l 一 1 t 8 7 o 2 3 l 1 4 4 o 0 2 5 l 0 o 2 4 0 6 0 0 0 3 9 0 4 7 4 9 5 7 0 5 2 6 0l O 表 7 登耜 d o 2 d b ：8 5 弯 曲试 验 博正向 盯 号 直径 ( MP ) ( MP ) I () 反 向 2 r ( 无爱垃 无裂 拄 一 无爱 垃 无爱 坟 从表 8中 可 以 看 出， 在 2 0 Mn S i中 添 加 0 0 3 5 左右 Nb ， 生产的棒、 线材力学性能均 ( 能满足 G B 1 4 9 9 -1 9 9 8的要求 且 在相 同的 N b 量和 c e q 情况下 高速线材的力学性 能明 显优于棒材。说 明现行工 艺方 案 已能 满足 HR B 4 0 0的生产要求 。在提高 强度 的同 时 塑 性指标有所 下降 说明沉淀强化对塑性 的损失 作用超过 了细化 晶粒强化带来的塑性增量。 现行工艺条件下 终轧温度偏高 是限制 品粒 进一步细化的主要原 因。 表 8 试制 Hl t l N0 0热轧带肋钢筋力拳 性能 0l 6 01 8 蚴 02 2 02 5 母l 0 2 l 2一 3 1 26l l 26l l 9 68 1 9 6 9 8 9l 8 92 1 4 83 l 4 84 1 68 4 l 6 85 1 25 5 l 1 8 7 l 24 6 l 2 27 口 仆l ) 4 5 5 4 2 5 4 7 5 4 6 0 ,1 3 o 4 J 0 4 3 0 4 J 0 渤 4 3 O 村5 4 9 5 4 舯 4 45 ( MP a ) 6 7 5 6 2 5 6 3 5 6 4 5 6 6 0 6 4 0 6 6 0 6 5 5 5 6 2 5 7 帖 7 2 5 7 2 0 ( ) 2 1 5 2 2 2 3 2 2 2 1 2 5 2 2 2 2 2 2 2 l 2 9 2 6 7 5 2 7 1 4 8 J 6 5 l 9 1 5 5 】 5 5 1 2 1 2 5 l 9 1 9 玲弯 1 8 o 台格 告格 台格 台格 音格 台格 台格 音格 合格 台格 台格 音格 台格 音格 反弯 音格 台格 台格 音格 庄 ： 0 8 、 壬1 0为 靠 毁 蠡 录 。 表 9是分 别随机 抽 取 3 0 5 0炉 同期生 产 不同规格的 HI 氇3 3 5和 4 5炉 相应规 格的试 制 HRB 4 0 0力学性 能统 计数据 。 从表 9可 以看 出， HRB 4 0 0与 HR B 3 3 5的 机械强度相 比， 强 度指标提高 明显 加铌的棒 材较未加铌的屈服 强度 最少增 加 ：6 5 MP a 疑多迭 1 1 4 MP a ， 抗拉 强度最 少增加 6 5 5 MP a ， 疑多达 9 9 MP a 但塑性指标有所下降， 最多达 6 9 7 。相当 N b量和 c e q的前提下 螺纹线 材的力学性能平均值均明显高于棒材。 表 9 H RB 3 3 5与 玎 B 4 0 o热轧带肋钢筋力拳性能统计衰 H RB 3 3 5 砌呻 0 0 1 Nb量对 强度 的贡 簟 样 本 ( Nb J 样 本 MP a MP a 炉敷 MP - 慨 炉艘 MP m 016 O 57 5 9 2 8 94 3 2 4 45 6S 2 5 2 2 6 0 0| 6 d 1 8 21 4 0 l 8 36 2 5 66 2 8 97 3 8 47 6 6 6 5 22 0 0| 6 4 3 1 7 27 5 02 2 3 6 5 5 5 6 0 2 8 3 5 0 I 3 2 5 6 51 22 0 03 9 4 l 72 23 3 02 5 3 6 6 5 70 5 2 7 6 4 9 44 7 6 36 23 2 O 03 8 5 21 3 1 7 2 嘲 4 60 5 66 9 6 3 0 5 O 0 28 l 0 4 6 85 2 6 5 O 0 3 6 l 0 维普资讯 ( 南钢科技) 2 0 0 0 年第 4 期 研究分析 围 2 不 同规 格 的 H RB 4 0 0钢 筋的屈服 强度 统计 表示连轧工 艺下的螺纹盘条 x表 示 檑 列式 轧制工 艺 下的螺 纹盘 条 从 表 9和 图 2中还 可 以看 出。 现 行相 同工 艺条 件下 。 生 产棒 材 、 线 材单 位铌 量 对强 度的 贡献作 用 。 随规格 不 同而变化 ， 小规格增量 少， 而大规格 增量 多 。 原 因是 ： 现行工艺条件下 ， Nb对较 细 的 晶粒 进 一步 细化 的作 用减 弱， 而 对较 粗 的 晶粒 有较 强 的进 一步 细化 作 用。 对 c 低于 0 2 的小圆钢筋 ( d 1 8 m m) 。 由 于珠 光体 含量 较 少 。 冷却速 度相 当快 ， 相变 不 仅仅发 生在 珠光 体区 间 组 织 中存在残余 内应 力， 从而 引起屈 服强 度的下降 。 5 金 相组织 l O炉钢的显微组织均为铁索体和珠光体 组织， 与 H R B 3 3 5相 比 H R B 4 O O晶粒均 有所 细化， 表 1 O是 HR B4 o o和 HR B 3 3 5钢 晶粒 度 对 比 。 衰 1 0 晶粒 鹰 评级 寰 轧 I号 ll2 60 l 2 6 l ll 9 68 l蜥 胂 】 8 92 船 l 84 l曲 4 16 8 5 峨 垦 a s l a s s s 【 s 8 5 5 B 0 8 0 B 0 7 5 由上 表 可 见， HRI M0 0 晶粒 度 多 为 8 5 级， 而 H RB 3 3 5为 7 5级， 说明在现有工艺条 件下。 铌原子 已有细化晶粒作用 但根据铌细 化 晶粒 的能 力和控 轧 实验 。 铌细化 晶粒 的潜 力 还远 未发 挥 出来。 6 连接性 能 6 1焊接性 能江 苏 省建 筑 工程 质 量检 测 中心 对送 检 的不 同规格 的 HR B 4 0 0钢 筋进 行 了 闪光 对焊 、 搭焊 、 电渣 压力焊 试验 ， 结果 见 表 1 1 、 表 l 2 。 1 6 袁 1 1 闪光 对 焊试 件 试 验结 果 公韩直轻 h 新 口埠 奠拒 睁弩 ( mm) ( k N】 ( M ) ( 一】 ( 9 o D=5 l 】 6 5 5 玻断 6 0 0 兜好 6 6 5 完好 亮好 完好 宪好 6 竹 宪好 6 3 5 完好 6 3 0 竞好 竞好 亮好 完好 完好 完好 完好 表 1 2 搭焊 电渣压力焊试驻结果 公袜直径 焊接种类 口 h 断 口砸两 肝裂特征 f n u n 】 ( k N) ( MPa ) f mm】 2 5 9 0 6 8 0 3 0 塑断 2 2 搭捍 2 5 6 9 6 7 5 l 1 0 塑断 2 5 4 5 6 如 1 加 塑I _ 2 5 1 S 6 6 0 2 0 蕾断 电遣 2 5 1 S 6 6 0 0 焊点断 2 2 压力焊 2 5 2 0 6 6 5 0 埠点断 由表 】 】 、 表 l 2和表 3可见。 由于钢筋 C e q 最高为 0 4 8 远 小于 0 5 4 。 故 HR B4 O O钢笳 的 焊接性 能 良好 6 2机械 连 接性 能 江苏 省 建 筑 工 程 质 量检测中心对 选检 的 不 同规 格 的 I - I R B 4 0 0钢 笳进行了锥螺纹 、 直螺纹和冷挤压试验， 结果 见表 l 3 。 表 1 3 连接性锯幢测 结果 蕾 抒置径 蔗接 方 式 抗 拉强 度 断 裂特 征 ( 1 ) f M ) 5 报断 2 2 椎 螺 纹 6 3 S 报断 6 4 5 母材 所 6 4 5 母材断 2 2 砖 挤压 6 8 o 母材 断 6 4 ：5 母材 断 2 5 直螺 纹 6 1 5 母材 断 由上表可见， 机械连接性能 良好。 7讨论 7 1 HR 3 4 0 0微 台盒化 的强化 效果 对 比 表8 、表9 ，在H脚3 5 中 加 入 0 0 3 0 0 5 Nb ， 采用现 行合适 的措炼 、 连 铸工艺。 以及现行 轧制工艺。 完全能够生产出 满足 G B 1 4 9 9 - 1 9 9 8标 准 中 咖4 0 0热 轧 带 维普资讯 研究分析 南钢N ) 2 o o o年第 4 期 肋钢筋。试制结果表明： 由于 N b微合金化， HR B 4 0 0的 F P晶粒 细化 了 l -2级 晶粒细 化和 N b 在 F中 的沉淀强 化导致 强 度水平 的 提高 ， 棒材的屈 眼强 度最 少 增 加 6 5 MP a ， 抗拉 强度最 少增加 6 5 5 MP a ， 每 0 0 1 Nb可增加 屈服强 度 1 7 2 MP a以上 ， 抗 拉 强 度 1 7 2 MP a 以上 。线材 的力学 性 能 明 显 高 于棒 材 。从 塑 性 性能来看 ， 铌微 台金化在 带来 强度提高的 同 时， 引起了延伸率 8 5 的下降 最多达 6 9 7 ， 说 明 沉淀强 化对 塑性 的损失 作 用超 过 了细化 晶粒强化带 来的塑性 增量 现行 轧制工艺条件 下。 终轧温度偏高 横列式 轧机等 限制 了 N b 进一步细 化晶粒 作 用的发挥 。 7 2应 变时效倾 向 各种 因素对韧 脆转变 温 度的影 响， 符合皮 克林公 式 ： ( 1 2) = 一1 9+4 4 S i +7 0 0 NE +2 2 珠 光体 一1 1 5 d ( 2 ) 公 式 中 s ； 为 百 分 含 量， d为 晶 粒 尺 寸 mit t ， 珠 光 体 为体 积 百 分 数 ， 为锕 中 N 的 活度 。 ( 2 ) 式 表 明， Nr 是 应 变 时 效 机 制， 而 其它 是非时效的。钢中加入 Nb ， 形成强 Nb c N 钢 中 N】 的浓度接近于 0， 故 Vr l ( ) 不随应 变 和时 间而变 化。故 HRB 4 0 0是 非时效 的。 7 3生产工 艺的进 一步改 进 7 3 1轧制 工艺 轧制工艺是铌微台金化的重要内容， 轧制 工艺是否合理主要从要达到的效果以及达到 这个效果所需最经济的投入来衡量。前面的 讨论 表明， 现行 的生产工 艺条件 有细化晶粒 的 效 果， 但 由于 初 、 终 轧温度 较 高， 远未达 到可以 达到的细化晶粒的水平。N b的潜力来能得到 最 充分 的发挥 ， 目前 Nb加入 量 也不 是最经 济 的。改进措施有 ： 首先降低坯料加热温度， 如加热温度上 限 为 1 2 5 0 ( 2 ， 可 以避 免 开 轧 前 奥 氏体 晶粒过 分粗大， 其次是 开轧温 度 1 1 0 0 1 1 5 0 1 2， 终 轧 温度 9 5 0 1 0 0 0 1 2， F 晶粒 度 可 达 到 l 0级 左 右 。在 满足以上轧制工 艺条件下， 由于晶粒 细 化强化，