胡煜，韓建鵬，郭紅民，李偉功

（陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西韓城715405）

600MPa級高強鋼筋的生產(chǎn)實踐

胡煜，韓建鵬，郭紅民，李偉功

（陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西韓城715405）

介紹了龍鋼600MPa級高強鋼筋的生產(chǎn)實踐。通過分析研究主要化學(xué)元素對鋼的作用，在國標的基礎(chǔ)上設(shè)計600MPa級高強鋼筋的化學(xué)成分，并根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)特點，制定合適的煉鋼和軋制生產(chǎn)工藝，并應(yīng)用光譜分析儀、顯微鏡、拉伸試驗機等設(shè)備對試制鋼筋的成分、組織、力學(xué)性能、時效性、焊接工藝性能進行了檢驗分析，最終在龍鋼成功開發(fā)出符合標準要求的600MPa級高強鋼筋產(chǎn)品。

鋼筋HRB600力學(xué)性能焊接性能

與發(fā)到國家相比，我國建筑行業(yè)所用的鋼筋主要采用300MPa和400MPa鋼筋，而世界主要工業(yè)國家已正在逐步淘汰強度小于400MPa級水平的鋼筋。如美國多采用屈服強度在400MPa以上的鋼筋，歐盟等國基本上采用500 MPa鋼筋，并正在開展600MPa級甚至更高級別鋼筋的開發(fā)，日本已經(jīng)用到600MPa及以上。2011年，我國400MPa及以上鋼筋僅占總量的38%左右，500MPa級鋼筋僅在少數(shù)重點工程上應(yīng)用，占總量不到2%[1]。在鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，國家曾明確提出了“400MPa及以上高強度螺紋鋼筋比例超過80%”的目標，此外，在螺紋鋼筋標準GB 1499.2的修訂稿中，增加了600MPa級螺紋鋼筋HRB600。因此，陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司（全文簡稱龍鋼）提前做好技術(shù)儲備，對600MPa級高強鋼筋產(chǎn)品進行了研發(fā)。

1 成分和工藝設(shè)計

1.1 化學(xué)成分設(shè)計

GB 1499.2（討論稿）對600MPa級的鋼筋化學(xué)成分僅作了上限規(guī)定（見表1），無法指導(dǎo)生產(chǎn)。為保證產(chǎn)品性能，必須對HRB600進行成分設(shè)計，設(shè)計時依托HRB500鋼筋的生產(chǎn)經(jīng)驗，在嚴格控制鋼中C、Si、Mn、S、P五大元素上限的前提下，成分設(shè)計還需主要考慮以下兩個方面：一是較高的屈服強度和抗拉強度的要求；二是鋼筋要有良好的焊接性，以保證產(chǎn)品焊接的要求。

目前，龍鋼已開發(fā)的500MPa級別的螺紋鋼筋，通過添加除C、Si和Mn以外的V合金元素可達到標準要求。因此，在500MPa級別鋼筋的基礎(chǔ)上，設(shè)計600MPa鋼筋化學(xué)成分時，除C、Si和Mn之外，考慮在鋼中加入V合金元素。

對于高強度螺紋鋼筋來說，顯微組織要求以鐵素體+珠光體為最佳。這是因為如出現(xiàn)大量的貝氏體或馬氏體等組織會引起鋼筋塑性下降、屈服點不明顯，進而影響到鋼筋性能的穩(wěn)定。合金元素V雖然具有顯著的強化效果，但同時又提高了鋼的淬透性，促進貝氏體或馬氏體等異常組織的產(chǎn)生。因此，對于600MPa高強度螺紋鋼筋的研發(fā)，合金元素V的添加量很關(guān)鍵。

成分的設(shè)計參照國家標準GB 1499.2（討論稿），設(shè)計的成分見表1。

表1 成分設(shè)計%

1.2 V的強化機理

目前，V是鋼材中比較常用的合金化元素，通過在鋼中添加V，使得鋼材的強度上升到新的臺階。在鋼中，V元素可形成碳氮化物顆粒，抑制晶體長大，或固溶于基體當中，能夠起到析出強化、細晶強化和固溶強化的作用。

在鋼中，V的碳氮化物能夠在1 100℃以下大量析出，在熱軋和隨后的冷卻過程中有較強的析出強化和細晶強化作用，此外，N含量的提高有利于促進氮化物的析出，增強V合金元素的析出強化作用，并且，隨著析出V（C、N）數(shù)量的增多，基體中固溶V含量下降，也有助于減輕V對鋼淬透性的影響[2]。

1.3 工藝設(shè)計

HRB 600鋼筋的生產(chǎn)工藝流程：轉(zhuǎn)爐冶煉→脫氧合金化→CCM方坯連鑄→剪切→檢驗→計量→加熱→軋制→冷床冷卻→定尺剪切→檢驗→包裝→計量→入庫。

轉(zhuǎn)爐進行窄成分區(qū)間控制冶煉，內(nèi)控范圍滿足表1要求。轉(zhuǎn)爐冶煉終點碳控制在0.10%以上，控制鋼水的氧化性，終點溫度控制在1 620～1 650℃，鋼水過熱度控制在20~40℃；軋線加熱溫度控制在1 150～1 200℃，從而既保證了V微合金元素的充分固溶，又兼顧了防止奧氏體晶粒的粗化，終軋溫度控制在950℃以下，充分發(fā)揮了第二相粒子的析出作用。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 力學(xué)性能

拉伸試驗用100 t液壓微機伺服萬能試驗機對開發(fā)的4個規(guī)格（Φ16mm、Φ20mm、Φ22mm、Φ25 mm）的鋼筋進行了拉伸試驗。結(jié)果顯示：鋼筋的屈服強度在620～665MPa，抗拉強度在765～805MPa，斷后伸長率為19%～27%，各指標滿足HRB 600鋼筋的技術(shù)要求（即屈服強度不小于600MPa、抗拉強度不小于730MPa、斷后伸長率不小于15%）。鋼筋的力學(xué)性能結(jié)果見表2。

表2 鋼筋的力學(xué)性能結(jié)果

2.2 時效性

為檢驗鋼筋的時效性，對Φ22mm規(guī)格鋼筋分別進行7 d、15 d、30 d的自然時效性能檢驗，結(jié)果見表3。

表3 時效力學(xué)性能結(jié)果

對力學(xué)性能比較分析可以看出，經(jīng)7 d（168 h）時效后，屈服強度未變化，抗拉強度降低5MPa，斷后伸長率未變化；經(jīng)15 d時效后，屈服強度降低5 MPa，抗拉強度未變化；經(jīng)30 d時效后，屈服強度降低5MPa，抗拉強度降低10MPa，斷后伸長率略有提高。總之，鋼筋無明顯的時效性，但是隨著時效時間的延長，屈服強度和抗拉強度略有降低，延伸率略有上升。

2.3 金相組織

利用OLYMPUS光學(xué)顯微鏡，分別對試制的Φ16mm、Φ20mm、Φ22mm、Φ25mm規(guī)格的鋼筋進行了顯微組織觀察，鋼的組織為鐵素體和珠光體，晶粒度在11~12級，晶粒均勻。圖1、圖2分別為Φ22 mm、Φ25mm規(guī)格鋼筋試樣在100倍條件下的金相組織照片。

圖1 Φ22mm規(guī)格金相組織

圖2 Φ25mm規(guī)格金相組織

2.4 焊接工藝評定

按照JGJ18—2012《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》國家行業(yè)標準的要求，分別采用閃光對焊、幫條焊、搭接焊、坡口焊、熔槽幫條焊、電阻點焊和機械連接等方式進行了鋼筋焊接和連接拉力試驗，鋼筋斷裂部位均為母材位置（見圖3），因此，鋼筋具有良好的焊接性能。

圖3 焊接樣拉伸后斷裂位置

3 結(jié)論

1）應(yīng)用釩合金化可以生產(chǎn)600MPa級的熱軋狀態(tài)的高強度鋼筋，屈服強度、抗拉強度、延伸率等指標均能達到標準要求，

2）根據(jù)顯微組織觀察，組織為鐵素體+珠光體，未出現(xiàn)有害組織，說明軋鋼工藝合理。

3）焊接樣拉伸后斷裂位置在母材上，說明600 MPa級鋼筋的焊接性能良好。

4）屈服強度稍偏低，最小值為620MPa，因此，應(yīng)對600MPa級鋼筋的化學(xué)成分進行優(yōu)化調(diào)整。

[1]蘇世懷，完衛(wèi)國，孫維，等.中國建筑用帶肋鋼筋線材品種的優(yōu)化[J].建材世界，2010，31（5）：36-39.

[2]劉建,王華昆.釩氮微合金化高強度鋼的研究及應(yīng)用[J].上海金屬，2006，28（2）：56-60.

（編輯：苗運平）

Production Practice of 600 MPa Grade High Strength Steel Bar

HU Yu,HAN Jianpeng,GUO Hongm in,LIW eigong
（Shaanxi Longmen Iron&Steel Co.,Ltd.,Hancheng Shaanxi715405）

This paper introduces production practice of 600 MPa high strength steel bar in Long Gang company.By studying the role of the chemical elements of the steel,designing the chemical composition in the national standard, and according to technical characteristics of the products,a suitable steel-making and rolling process is developed. The components,mechanical properties,timeliness,welding process performance of the steel bars are analyzed by spectrometer,microscope and tensile testing machine.Finally,600 MPa high strength steel products meeting the requirements of standard is successful developed of steel.

steel bar,HRB600,mechanical properties,welding performance

TU984

A

1672-1152（2017）02-0017-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.07

2017-02-28

胡煜（1975—），男，陜西安康人，1996年畢業(yè)于陜西冶金工業(yè)學(xué)校金屬壓力加工專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)任龍鋼生產(chǎn)指揮控制中心業(yè)務(wù)主任，主要研究方向為鋼鐵工藝及研究。