影响钢筋抗屈比原因分析及改进措施

王宏刚，杨文涛

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西汉中 724200）

影响钢筋抗屈比原因分析及改进措施

王宏刚，杨文涛

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西汉中 724200）

分析了影响钢筋抗屈比的常见因素，有化学成分、晶粒度、微合金化等。着重讨论了在合金元素含量不变的情况下轧制温度控制对钢筋抗屈比提升的影响。通过轧制实践得出结论：适当提高加热炉温度，延长保温时间，可以有效提升钢筋抗屈比。

抗屈比 晶粒度 加热温度 氮微合金化

当前抗震钢筋的应用越来越普遍，利用钒钛微合金化技术与控制轧制相结合生产的高强度抗震钢筋具有高强度、高应变、低周疲劳、低应变时效敏感性、强抗变形时效能力、良好的焊接性能等优点。抗震设计原则之一就是保证钢筋混凝土框架具有较好的延性和整体性，当构件组成的结构在地震作用下通过结构的塑性变形吸收地震所产生的能量[1-3]，可以有效预防因地震时钢筋脆断而引起的混凝土构件的早期破坏。对抗震钢筋力学性能的三点要求是：实测抗拉强度与实测屈服强度特征之比（抗屈比）不小于1. 25；钢筋的实测屈服强度与标准规定的屈服强度特征值之比（屈标比）不大于1. 30；钢筋的最大力总伸长不小于9%。其中抗屈比表征钢筋受力超过屈服强度之后还能承受较大的抗力而不至于破坏的能力，抗屈比越高，钢筋断裂所吸收的能量越大，越不容易断裂。可见抗屈比是钢筋抗震的关键因素。一般钢筋的级别越高，越容易出现抗屈比不合格现象。陕钢集团汉中钢铁有限责任公司（全文简称汉中公司）自从生产HRB500E钢筋以来，多次出现钢筋抗屈比不合格的情况。

1 影响抗屈比原因分析

抗屈比是抗拉强度与屈服强度的比值，抗拉强度的变化和屈服强度的变化都可能引起抗屈比变化。

1.1 化学成分对抗屈比的影响

C、Si、Mn、P等这些元素在钢中都可以起到固溶强化的作用，从而影响钢筋的力学性能。其中C在钢中形成间隙固溶体，而Si、Mn、P在钢中形成置换固溶体。一般间隙固溶体的强化作用大于置换固溶体的强化作用，并且间隙固溶体的溶质元素对基体韧性、塑性的削弱很显著，对抗拉强度的强化明显高于屈服强度的强化[4]，因此间隙固溶体对钢筋抗屈比的影响很明显。置换固溶体的溶质元素对基体的韧性、塑性影响不大，钢中C、Si、Mn中C的含量变化对抗屈比的影响最明显。C含量过高会大大降低钢筋的韧性、塑性，影响钢筋的焊接性能，Mn含量过高也会影响钢材的焊接性能。国标中对C、Mn含量都有上限要求。P会引起钢材冷脆，是钢中典型的有害元素。

1.2 晶粒度对抗屈比的影响

根据hall-petch公式σs=σ0+ksd-1/2（式中d为晶粒直径，ks为系数）可知，晶粒越细，晶界和亚晶界越多，阻止位错运动能力越强，这样就产生位错塞积强化，使得钢筋的屈服强度和抗拉强度都增强[5]。根据Stroh提出的断裂强度与晶粒大小关系可知，晶粒度对抗拉强度的影响幅度没有对屈服强度影响的幅度大[6]。因此当晶粒度增大时，钢筋的抗屈比会降低，反之晶粒度减小，钢筋的抗屈比会升高。

1.3 氮微合金化对抗屈比的影响

氮微合金化的机理是利用钒在钢中与碳、氮结合生成细小的碳化钒和氮化钒弥散分布，产生析出强化，同时可以阻止晶粒长大，起到细化晶粒作用，从而提高钢的强度[7-9]。钒在钢中可以起到固溶强化、析出强化和细晶强化的作用。当钢中氮含量较高时，钒析出强化和细化晶粒就比较明显[10]。细晶强化大幅提高钢的屈服强度，对抗拉强度的提高相对较弱。析出强化也对屈服强度的影响幅度大于抗拉强度的影响。因此氮微合金化会降低钢筋的抗屈比。

钢中合金元素含量的变化对钢筋力学性能的影响很大，一般情况下企业为了降本增效，会严格控制合金元素的含量。本文以HRB500EΦ12 mm盘卷轧制为例，着重讨论在合金元素含量不变的情况下轧制温度控制的变化对钢筋抗屈比的影响。

2 HRB500EΦ12 mm盘卷提升抗屈比试验

2.1 工艺流程

HRB500EΦ12 mm盘卷轧制工艺：优质铁水、废钢→120t转炉→合金化→8机8流连铸机→连铸坯→加热炉→粗中轧制→预精轧→精轧机轧制→减定径机轧制→控温水冷→风机冷却→收集打包→入库。

2.2 化学成分（见表1）

表1 化学成分%

2.3 轧制温度

轧制关键温度控制如表2所示。

表2 轧制温度控制℃

2.4 金相分析

在加热炉升温前后各取一组（两个）试样作金相分析，结果如图1、图2所示。可以看出，升温后钢筋基体晶粒有所增大，且均匀度降低。

图1 升温前金相（×500）

2.5 力学性能统计

升温前共轧制5批约120t，力学性能统计见表3。由表3可以看出，屈服强度和抗拉强度都比较富足，前两批出现两组因抗屈比不合格待判后，将加热炉均热段温度提高20℃，达到1 120℃，其他参数保持不变。加热炉升温后轧制的三批力学性能全部合格，性能统计值见表4。

3 分析与讨论

图2 升温后金相（×500）

表3 力学性能统计

表4 力学性能统计

1）本次轧制轧制坯为热送钢坯，出现抗屈比不合格待判后，将加热炉温度提高20℃，并保温1 h后抗屈比合格，而且有明显提升。在成分和其他轧制工艺没有改变的情况下，适当提高加热炉温度，有利于钢坯原始晶粒的长大，初始晶粒的大小直接影响钢筋最终的晶粒度，使得钢筋抗屈比明显提升。

2）汉中公司前期试轧时，加热炉装冷坯也多次出现抗屈比不合格现象。适当延长加热炉保温时间延后抗屈比合格，并有明显提升。在成分和其他工艺不变的情况下，延长保温时间有利于钢材初始晶粒长大和钢筋最终的晶粒度升高，使得钢筋抗屈比明显提升。

3）目前大多数企业采取细晶轧制技术降低生产成本。这种工艺在生产高强钢筋HRB500E、HRB600E时容易出现抗屈比不合格现象。为确保钢筋力学性能符合抗震要求，必须综合考虑成分、性能、轧制工艺等因素。

4 结论

1）影响钢筋抗屈比的因素有合金成分、晶粒度、氮微合金化等，在生产实际中应综合考虑成分、性能、轧制工艺等因素。

2）在大规模生产时，在钢筋屈服强度和抗拉强度比较富足的条件下，不改变其他工艺参数，只适当提高加热炉温度、延长保温时间，能够有效提升钢筋的抗屈比。

参考文献

[1]于孟山，盛光敏，詹苏宇.抗震钢筋研究现状[J].材料导报，2010（S1）：454-458.

[2]林双平，苗明明，张岩，等.建筑用高强抗震钢筋[J].金属热处理，2012（7）：102-105.

[3]杨雨晴，王庆娟，杜忠泽，等.高强抗震钢筋的研究现状[J].材料导报，2015（19）：101- 104；110.

[4]戴起勋.金属材料学.北京[M].北京：化学工业出版社，2009.

[5]钟群鹏，赵子华.断口学[M].北京：高等教育出版社，2006.

[6]刘发信，袁文明，汤鑫，等.细晶晶粒度与力学性能的关系[J].材料工程，1996（9）：25-26.

[7]赵彻，孟宪珩，齐宏智.不同钒微合金化方式对钢筋强屈比的影响[J].中国冶金，2009，17（7）：8-11.

[8]杨才福，张永权，柳书平.钒、氮微合金化钢筋的强化机制[J].钢铁，2001（5）：55- 57；78.

[9]赵彻，孟宪珩，齐宏智.不同钒微合金化方式对钢筋强屈比的影响[C]//2009全国建筑钢筋生产、设计与应用技术交流研讨会会议文集.北京：中国金属学会，2009：7.

[10]王洪利，李义长，赵如龙，等.VN及VN+Mo复合微合金化HRB500E高强抗震钢筋生产实践[J].钢铁钒钛，2014（1）：59-63.

（编辑：胡玉香）

Cause Analysis on Yield Ratio of Steel Bar and Improvement Measures

WANG Honggang，YANG Wentao
（Hanzhong Iron&Steel(Group)Co.,Ltd.,Hanzhong Shaanxi 724200）

The common factors that influence the yield ratio is chemical composition,grain size,nitrogen micro alloying etc.This paper emphatically discusses the effect of rolling temperature change on yield ratio in the same content of alloy element.Through the practice,appropriate furnace temperature increase extends the time of heat preservation, which can effectively improve yield ratio.

yield ratio,grain size,heating temperature,nitrogen micro alloying

TG335. 11；TG113.25

A

1672-1152（2016）06-0021-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.07

2016-10-19

王宏刚（1986—），男，材料科学本科学历，于陕钢集团汉中钢铁有限责任公司计量检验中心从事钢筋检验工作。