铌微合金化高性能钢筋生产技术

1、铌微合金化高性能钢筋生产技术铌微合金化高性能钢筋生产技术 汇报内容汇报内容我国钢铁工业和产品结构含铌高强度低合金钢的发展建筑用高强度抗震钢筋的发展铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化HRB400钢筋生产实践铌微合金化HRB500钢筋生产实践铌微合金化超低温、耐火用钢筋的研究结论我国钢铁工业和产品结构我国钢铁工业和产品结构我国粗钢产量已经连续13年稳居世界第一，2010年产量达到6.26亿吨，占世界总产量40%以上。 钢材产品结构不断优化升级，普碳钢比例逐步下降，而低合金和微合金钢产量逐年增加。数据摘自数据摘自20102010年第六届国际年第六届国际HSLAHSLA会议会议。 从2008年

2、开始，铌微合金钢产量连续三年产量突破4000万吨。 2010年，我国钢筋总产量为12986万吨；HRB400钢筋产量为4072万吨。根据产业结构调整指导目录，HRB400及以上高强钢筋使用比例超过60%，并加大HRB500钢筋的推广力度。数据摘自数据摘自20102010年第六届国际年第六届国际HSLAHSLA会议会议。我国钢铁工业和产品结构我国钢铁工业和产品结构中信微合金化技术中心推中信微合金化技术中心推广铌微合金化技术广铌微合金化技术, ,搭建科技搭建科技合作平台合作平台, ,为企业做好技术服为企业做好技术服务务: : “专家委员会专家委员会”- -由行业由行业- -院所院所- -钢厂钢厂-

3、 -客户共同组成，客户共同组成，中信铌钢科技发展奖中信铌钢科技发展奖出版出版“微合金化技术微合金化技术” ” 刊刊物及神奇的铌系列丛书物及神奇的铌系列丛书组织国内外技术交流与行组织国内外技术交流与行业应用技术专题研讨会业应用技术专题研讨会设立铌钢联合实验室：北设立铌钢联合实验室：北科大科大, ,上海大学上海大学, ,钢研院钢研院中信中信- -微合金化技术网站微合金化技术网站: 含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合金钢的发展n微合金化技术中心出版技术资料微合金化技术中心出版技术资料含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合金钢的发展1996年，济钢与

4、中信公司合作在国内率先开发铌微合金化HRB400MPa钢筋，1998年3月济钢含铌热轧钢筋20MnSiNb鉴定会在京城大厦召开。含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合金钢的发展2005年，中信公司在昆明举办含铌热轧钢筋国含铌热轧钢筋国际研讨会际研讨会。2007年，中信公司与中国钢铁工业协会、中国建筑协会、中国钢结构协会，中国国际贸易促进委员会冶金行业分会承办高强度钢在建筑领域应用国际研高强度钢在建筑领域应用国际研讨会讨会。含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合金钢的发展获奖等级项目名称申报单位特等奖高钢级厚规格输气管道工程用钢制造技术创新武汉钢铁

5、（集团）公司, 首钢总公司，鞍山钢铁集团公司，中国钢研科技集团有限公司，宝山钢铁股份有限公司，太原钢铁（集团）有限公司，马鞍山钢铁股份有限公司，北京科技大学，沙钢集团，华油钢管有限公司一等奖汽车排气系统用含铌439M铁素体不锈钢开发宝山钢铁股份有限公司，太原钢铁（集团）有限公司，北京科技大学，钢铁研究总院，一汽轿车股份有限公司二等奖Nb在舞钢系列调质钢中的应用舞阳钢铁有限责任公司三等奖铌在汽车铸铁制动盘中的应用上海大学，上海汇众汽车制造有限公司武钢含铌高强度汽车用钢的开发与应用武汉钢铁（集团）公司20102010年中信铌钢技术进步奖：年中信铌钢技术进步奖：含铌高强度低合金钢的发展含铌高强度低合

6、金钢的发展建筑用高强度、抗震钢筋的发展建筑用高强度、抗震钢筋的发展节能减排、降低碳排放的发展要求。应用高强应用高强度度HRB400HRB400和和HRB500HRB500钢筋替代钢筋替代HRB335HRB335钢钢筋代表了筋代表了发展趋势。发展趋势。疯狂的铁矿石和焦炭,高成本和进口依赖度。采用HRB400替代HRB335钢筋，节省钢材10-15%,采用HRB500替代HRB335和HRB400节省钢材28和16。混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求:p强度：决定承载力及安全度；高强钢筋较安全；p热轧钢筋延性良好，脆性钢筋对结构安全不利。p可焊性:焊接接头传递拉力，影响结构安全。

7、p热稳定性：普通热轧钢筋对温度变化的影响稳定；冷加工、热处理钢筋受热后强度降低。p时效影响：力学性能随时间而变化：强度降低而延性增加 ，对施工、验收、受力造成影响。p耐久性：钢筋锈蚀影响使用年限。冷加工、热处理钢筋以及预应力钢筋对腐蚀的反应敏感。p 热轧钢筋加工适应性好。p经济性：钢筋的强度价格比（MPa/Kg元）是经济性标志；高强钢筋具有明显优势。汶川地震的惨痛教训：1)淘汰冷加工钢筋，采用热轧钢筋。 2)采用高强、抗震钢筋。建筑用高强度、抗震钢筋的发展建筑用高强度、抗震钢筋的发展14抗震钢筋要求的清晰化为了体现抗震性能，在新标准GB1499.2-2007中明确规定：对于有较高要求的抗震结构

8、适用牌号，在规定的钢筋牌号后加上E，应能够满足a）、b）、c）的要求外，其他钢筋要求与其相应标准牌号相同。a）钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25。b）钢筋实测屈服强度与规定屈服强度特征值之比不大于1.30c）钢筋的最大力总伸长率Agt不小于9%。建筑用高强度、抗震钢筋的发展建筑用高强度、抗震钢筋的发展标准版本牌号ReLMPaRmMPa A%Agt%不小于新标准HRB335HRBF335335455177.5原标准HRB335335490162.5新标准HRB400HRBF400400540167.5原标准HRB400400570142.5新标准HRB500HRBF50050063

9、0157.5原标准HRB500500630122.5目前，GB1499.2-2007修订征求意见，淘汰HRB335热轧带肋钢筋，增加600MPa强度级别热轧带肋钢筋。铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术在在C-MnC-Mn钢中添加微量铌主要强化效果如下：钢中添加微量铌主要强化效果如下：n延迟再结晶。n细晶强化和沉淀强化。n固溶铌增加淬透性，降低相变开始转变温度，相变强化。n固定C、N等元素，降低时效影响。铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术 高温热塑性和连铸坯角横裂控制高温热塑性和连铸坯角横裂控制20MnSiNb高温热塑性高温热塑性研究研

10、究结果结果工艺措施：工艺措施：n添加微钛（Ti:0.012-0.015%）处理，可在高温液态下形成细小的TiN颗粒，细化铸态晶粒提高钢的热塑性；n控制钢中AL和N含量；n采取“弱”的二冷制度；n避开钢的热塑性低谷区，矫直温度应不低于900950。铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术20MnSiNb奥氏体化和加热温度优化奥氏体化和加热温度优化 根据logNbC=2.06-6700/T公式，添加0.015%、0.02%和0.030%Nb的固溶温度分别为1170、1220、和1250。铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术含铌钢筋奥氏体化和加热温

11、度优化含铌钢筋奥氏体化和加热温度优化 实际大生产发现，对于添加实际大生产发现，对于添加0.03%0.03%的的NbNb，最佳开轧温度为，最佳开轧温度为950-950-11001100，即加热温度为，即加热温度为1000-11501000-1150，屈服强度最理想。，屈服强度最理想。铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋贝氏体组织和连续屈服问题铌微合金化钢筋贝氏体组织和连续屈服问题n固溶铌可显著提高钢的淬透性，降低转变温度。添加0.043%铌，铁素体转变温度降低50。n另外，Mn也增加淬透性，促进贝氏体组织，Mn含量不易大于1.5%。铌微合金化钢筋强化效果

12、和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术20MnSi和和20MnSiNb动态动态CCT曲线曲线 热模拟实验结果，20MnSiNb铁素体转变开始温度降低，转变结束温度升高，实际贝氏体转变温度提高，导致铁素体转变不充分，进入贝氏体转变区，形成贝氏体组织。20MnSiNb20MnSi铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术该图给出了铌微合金化HRB400钢筋贝氏体组织形成示意图。由于棒材轧机终轧温度高，粗大的奥氏体晶粒粗大的奥氏体晶粒和固溶铌固溶铌双重效果降低铁素体转变开始温度，导致铁素体转变不充分，出现贝氏体组织。含铌钢筋贝氏体组织示意图含铌钢筋贝氏体组织示意图铌微合金化

13、钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术20MnSiNb边部和心部组织晶粒度与贝氏体组织边部和心部组织晶粒度与贝氏体组织 相变前奥氏体晶粒 相变后铁素体晶组织结论：从中获得，边部冷却快，相变前奥氏体晶粒细小，不出现贝氏体；心部奥氏体晶粒粗大，易于出现贝氏体组织。因此，控制相变前奥氏体晶粒是核心。 相变前奥氏体晶粒 相变后铁素体晶组织铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术大规格大规格20MnSiNb轧后控冷消除贝氏体示意图轧后控冷消除贝氏体示意图铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术20MnSiNb控制避免贝氏体组织生产工艺控制避

14、免贝氏体组织生产工艺1 1）小规格钢筋16mm以下钢筋，铌添加量为0.015-0.020%，铌固溶温度为1000-1100，开轧温度为（9501050），可以减少或避免贝氏体组织的产生，拉伸曲线有屈服平台。2）对于规格2025mm钢筋，可以采用10501150加热控制终轧温度900950控轧。同时利用铌的细晶强化和析出强化效果，但对设备、 以及控制水平比较高。或者采用轧后控制冷却工艺生产。3）对于规格25mm40mm钢筋，铌添加量一般为0.03%，开轧温度为1000-1100，加热温度为1050-1150，同时轧后采用控制冷却，细化奥氏体晶粒，提高铁素体相变温度，可以完全消除贝氏体组织。铌微合

15、金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术分级、有限控制冷却工艺运用分级、有限控制冷却工艺运用 传统老棒材轧机一般没有控轧设备，但具备控冷能力。由于棒材轧制轧制速度快、道次间隔时间短，终轧温度反而可能比开轧温度高，因此，采用轧后快速冷却带来一系列强化效果：避免相变前奥氏体晶粒组织长大、粗化，提高强韧性；轧后立即冷却，既保留了大量的变形位错，提高强度；轧后快冷抑制了铌在高温析出，同时增加了铌的过饱和度，加速了铌在上冷床后的细小析出，提高强韧性；由于奥氏体组织细小，铁素体相变温度提高，抵消了由于固溶铌淬透性引起的贝氏体组织问题。 因此，铌微合金化+轧后快速冷却工艺拓宽了铌的应用效果

16、,即充分发挥了铌微合金化析出强化效果。铌析出铌析出强化效果强化效果 下图为20MnSiNb轧后快冷析出分析结果。主要析出物为大量2-10nm的弥散、细小析出物，以及少量200nm析出物。铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化钢筋强化效果和关键技术铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋生产实践钢筋生产实践铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋拉伸强度钢筋拉伸强度16mm，采用空冷工艺生产；20-28mm采用轧后一级冷却工艺；32-40mm采用轧后分级有限冷却工艺生产。铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋生产实践钢筋生产实践铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋延伸率钢筋延伸率铌微合金化铌微合金化H

17、RB400钢筋生产实践钢筋生产实践钢种规格，mmb/SS（实际）/S(标准)范围平均值范围平均值HRB40012切1.281.421.331.071.181.1314切1.271.421.351.071.231.1416切1.251.351.331.081.141.12201.311.371.351.051.181.15221.261.411.331.091.251.15251.251.461.341.081.261.13281.261.431.341.081.241.14321.261.441.321.081.211.14361.291.371.331.111.241.15401.271.3

18、31.301.131.211.16铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋强屈比和屈屈比性能钢筋强屈比和屈屈比性能铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋生产实践钢筋生产实践牌号直径规格，mmgt, %范围平均HRB4002812.0-18.514.73212.0-16.514.93612.0-18.015.0铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋均匀延伸率钢筋均匀延伸率gtgt铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋生产实践钢筋生产实践铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋金相组织和拉伸曲线钢筋金相组织和拉伸曲线铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋生产实践钢筋生产实践铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋时效

19、性能钢筋时效性能规格mm生产第2天生产第8天生产第30天sb5,%sb5,%sb5,%1244861328.744461430.444561330.22246361828.145862028.146061829.12846261324.346061024.846061225.2 铌微合金化HRB400钢筋，一方面铌固定氮，一方面Nb(C,N)析出物强化效果，时效不明显。 而目前采用20MnSi+穿水工艺生产HRB400钢筋时效明显，屈服强度降低；另一方面由于C、Mn增加，碳当量提高，导致焊接性能恶化。铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋生产实践钢筋生产实践铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋焊

20、接性能钢筋焊接性能（电渣压力焊）规格,mm数量s, MPab, MPa断裂位置146430-455443590-645 611母材226440-465454615-620 617母材286432-450 445584-600611母材326438-443 440601-611605母材铌微合金化铌微合金化HRB400钢筋生产实践钢筋生产实践 由于铌微合金HRB400钢筋力学性能稳定，抗震性能，以及焊接使用性能优良，目前国内马钢、莱钢、昆钢、新抚钢、龙钢、联峰、申特等钢筋生产企业仍采用铌微合金化生产HRB400抗震钢筋。铌微合金化铌微合金化HRB500钢筋生产实践钢筋生产实践牌号屈服强度标准值

21、s ，MPa抗拉强度设计值 fy ，MPa抗拉强度设计值fy ，MPaHRB335335300300HRB400400360360HRB500500420420 HRB500钢筋可以起到节约钢材，减少混凝土构件钢筋截面的作用，既提高构件承载能力，又方便施工。根据给出设计强度，使用HRB500钢筋比HRB335钢筋可以节约28.57，比 HRB400钢筋节约14.3。HRB500钢筋钢筋试点工程试点工程郑州华林都市家园铌微合金化铌微合金化HRB500钢筋生产实践钢筋生产实践铌微合金化铌微合金化HRB500生产对比结果生产对比结果钢种钢种炉数炉数规格规格化学成分，化学成分，wt%wt%力学性能力学性能含铌1222CSiMnNbRelRmA%Min0.200.391.330.02753168120.0Max0.250.541.550.0355687