460 MPa级螺纹钢筋的成分设计与生产工艺优化

王炳霞 周成

（1.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083 2.天津钢铁集团有限公司棒材厂,天津 300301)

460 MPa级螺纹钢筋的成分设计与生产工艺优化

王炳霞1,2周成1

（1.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083 2.天津钢铁集团有限公司棒材厂,天津 300301)

天钢采用20MnSi连铸方坯生产Ф25 mm、Ф40 mm 460 MPa级英标螺纹钢筋。通过调整20MnSi连铸方坯Mn、Si的含量，调整冷却器的开启程度和压力以提高冷却强度，降低回火温度等工艺优化措施，其产品不仅满足英国BS4449：1997标准，还降低了生产成本，提高了市场竞争力。

螺纹钢筋 成分 设计 工艺 优化

1 引言

随着建筑行业的不断发展，高层建筑等工程结构对钢筋性能的要求越来越高。460 MPa级螺纹钢筋具有强度高、塑性和粘结性好等性能特点，同时具有节约型材料的特点，在国内外建筑工程中应用很广，市场上需求很大。天钢于2006年开始生产460 MPa级螺纹钢筋，产品规格为ø12～50 mm。为增强市场的竞争力，提高钢筋的使用性能，降低生产成本，我们对ø25 mm、ø40 mm螺纹钢筋的化学成分进行了优化，进行了生产工艺的研发工作。

2 460 MPa英标螺纹钢筋技术要求

BS4449：1997[1]标准是英国ISE/9/1技术委员会在1997年起草制定的。标准按强度级别不同分为两个等级，一个是250 MPa，另一个是460 MPa，后者按延性分类（横肋方向不同)加字母，分为460A和460B，天钢生产的钢筋全部为460B。该标准对产品化学成分、力学性能及重量偏差的要求分别见表1、表2、表3。

表1 化学成分要求 /≯%

表2 力学性能要求

表3 重量偏差要求

3 460 MPa螺纹钢筋原工艺生产状况

3.1 化学成分

天钢使用20MnSi连铸方坯生产ø25 mm、ø40 mm 460 MPa级英标螺纹钢筋，化学成分见表4。

表4 20MnSi化学成分 /%

3.2 工艺控制

目前，这两个规格的控冷工艺参数见表5。

表5 工艺控制

3.3 产品热检性能

目前，ø25 mm、ø40 mm钢筋实际力学性能指标和重量偏差控制见表6。

表6 热检性能统计

从表6热检性能统计数据看出，ø25 mm和ø40 mm的屈服强度都在485 MPa以上，抗拉强度都在590 MPa以上。ø25mm屈服强度平均值超出标准69 MPa，ø40 mm屈服强度平均值超出标准78 MPa。两种规格的伸长率在17%以上，强屈比都在1.16以上。重量偏差在负偏差范围，各性能指标均超过了英标标准的要求。

目前的化学成分和控冷工艺生产的螺纹钢筋均符合甚至超过了英标标准的要求。由于英标标准并未对Si、Mn含量做出具体要求，因此可以进一步考虑优化Si、Mn含量。另外，由表5可以看出ø25 mm和ø40 mm冷却器还有一个未使用，造成了设备的浪费，可以对其进行优化。

4 成分和工艺优化和试验

优化研究工作主要是调整化学成分，在现行20MnSi化学成分的基础上调整Si、Mn的含量，同时调整冷却工艺，将冷却器全部开启，使水箱冷却能力得到最大利用。

4.1 成分优化

根据成分优化方案，选取5支坯料，化学成分见表7。从化学成分看出C含量与调整前相比并没有降低，只是在下限范围，Si、Mn含量都做了较大幅度的调整。

表7 20MnSi试验材料的化学成分 /%

4.2 生产工艺优化

4.2.1 加热工艺

为了保证坯料加热均匀，我们设定加热炉的各段温度如表8所示，实际生产中严格控制。

表8 炉温控制 /℃

4.2.2 轧制工艺优化

根据以往生产经验并结合成分设计，我们制订开轧温度控制在1 020～1 180℃，轧制速度ø25 mm控制在8.7 m/s,ø40 mm控制在5.0 m/s。根据规格合理制定相应的轧制规程。

4.2.3 QTB余热处理工艺

将15段冷却器全部开启，压力调到最大，这样优化后的QTB回火温度比优化前降低了15℃，见表9。为避免性能波动过大，流量偏差控制在20 m3/h范围内，水压偏差控制在0.5 MPa范围内，QTB回火温度偏差控制在15℃范围内。

表9 QTB穿水冷却工艺

4.3 试验结果

钢筋下线后立即做热检性能，每支钢坯取两个试样进行拉伸试验，力学性能数据见表10、表11。

表10 ø25 mm钢筋的力学性能数据

表11 ø40 mm钢筋的力学性能数据

从表10、表11看出两个规格的5个试样各项性能指标均符合英标标准的要求。试样的屈服强度都在500 MPa级以上，屈服强度随着试样碳当量的增加而增加，碳当量最小对应的屈服强度也最小。碳当量相同的2号、4号试样，C、Mn含量相同，只是Si相差0.1%，屈服强度和抗拉强度相差不大，说明在此成分范围和工艺状态下，Si含量的多少对强度的影响不明显。根据以上结果，可将Si下限调整为0.25%，Mn下限调整为 1.25%，即 Si：0.25%～0.5%，Mn：1.25%～1.50%，其余元素化学成分不变。

5 实际生产效果和经济效益分析

5.1 实际生产效果

采用优化后的化学成分与工艺生产了40炉ø25 mm、35炉ø40 mm螺纹钢筋，其性能结果见表12。

表12 大生产钢筋的力学性能

从表12看出，两个规格力学性能指标完全合格，从屈服强度来看，最小值超出标准35 MPa，平均值与调整前变化不大，其它性能指标控制较好。

5.2 经济效益分析

Si下限调整为0.25%，Mn下限调整为1.25%，即Si含量比原来降低0.15%，Mn含量降低0.05%，成本计算见表13。

表13 成本计算

经计算降低Si、Mn含量后，ø25 mm和ø40 mm钢筋吨钢成本降低了21.99元。

6 结论

6.1 优化成分和合理QTB工艺后，460MPa级钢筋性能完全符合英标标准的要求，并且性能稳定，实现批量生产。

6.2 成分优化后，吨钢成本降低了21.99元。

[1]BS 4449:1997，Specification for Carbon steel bars for the reinforcement of concrete．

Composition Design and Production Process Optimization of 460 MPa Rebar

Wang Bingxia,Zhou Cheng

Tiangang utilized 20MnSi square billet to produce Ф 25 mm and Ф 40 mm 460 MPa rebars of British Standard.Process optimizing measures were taken,such as adjusting Mn and Si contents of 20MnSi square billet,regulating cooler opening and pressure to increase cooling strength and reducing tempering temperature.Consequently,the products meet BS4449:1997 British Standard with lower production cost and higher market competitiveness.

rebar,composition,design,process,optimization

（收稿 2010-11-10 责编 崔建华)

王炳霞，女，北京科技大学工程硕士。天津钢铁集团有限公司棒材厂副厂长主要从事天钢棒材新产品及工艺开发工作和棒材厂生产管理工作。