HRB500E抗震钢筋生产工艺及性能优化

范银平 李 璟 杨陈莉

(安阳钢铁集团有限责任公司)

HRB500E抗震钢筋生产工艺及性能优化

范银平 李 璟 杨陈莉

(安阳钢铁集团有限责任公司)

本文针对HRB500E高强钢筋强屈比控制难度大，抗震性能合格率偏低等问题，通过研究分析其产品技术要求及生产特性等，进而采取优化合金成分控制范围、完善轧制工艺管理等措施，最终取得了良好效果：抗震性能合格率由工艺优化前的80%提高到99%以上。

HRB500E 高强钢筋 工艺优化

0 前言

HRB500E抗震钢筋是国标GB1499.2-2007中强度级别最高的热轧抗震钢筋，主要应用于高层建筑及重大基础设施钢筋混凝土结构中。近年来，由于地震频发使得抗震钢筋受到了广泛的关注，建筑行业对抗震钢筋的需求越来越迫切，因此开发HRB500E抗震钢筋势在必行[1]。安钢依托多年VN微合金化技术生产HRB400、HRB500高强钢筋的开发与生产经验，自2015年初开始研制开发HRB500E高强抗震钢筋，针对研发过程中，其钢筋抗震指标强屈比控制不稳定，造成钢筋抗震性能合格率偏低问题，通过开展工艺优化，完善生产过程管理，使得HRB500E钢筋的抗震性能合格率平均达到了99%以上，实现了φ12 mm～32 mm规格的批量化生产，钢筋抗震综合性能稳定，用户使用后反映良好。

1 HRB500E钢筋技术要求

1.1 工艺要求

(1) 建筑物的抗震性能不仅强调坚固，还应有良好的变形能力和吸收地震能量的能力。也就是在保证钢筋具有一定强度的同时，尽量提高塑性，使强度和塑性达到最佳的配合，较高的延伸率值可在强震时吸收更多的地震能。

(2) 要具有高的强屈比和均匀的屈服强度，强屈比越高，钢筋具有越大的塑性储备能力。

(3) 钢筋屈服后有较长的均匀变形阶段，能吸收更多的地震能量，从而提高其抗震性能。

1.2 国标要求

国标GBl499．2—2007《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》中规定了HRB500E抗震钢筋的各项力学性能，包括屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt、钢筋实测抗拉强度与屈服强度之比R0m/ R0eL、钢筋实测屈服强度与标准规定的屈服强度特征值之比R0eL/ReL。具体数值见表1：

表1 HRB500E带肋钢筋国标力学性能

注：1. 对于没有明显屈服强度的钢，屈服强度特征值ReL应采用规定非比例延伸强度Rp0.2。

2 生产工艺

依据国标GB1499.2-2007对HRB500E抗震钢筋产品的技术要求，结合其工艺性能特点，实际生产采用了VN微合金化+热轧工艺。生产工艺流程如下：

转炉冶炼→120×120(150×150) mm连铸小方坯→热(冷)装→加热炉加热→半连续棒材机组轧制→步进式冷床冷却→定尺剪切→收集、打捆→计量、入库。

3 影响抗震性能因素

3.1 成分的影响

生产初期，HRB500E的成分设计是在钒氮微合金化400 Mpa级钢筋成分基础上，为提高强度，仅提高了钢中的V含量，成分控制见表1。但是实际生产中，由于钢中V含量的增加对屈服强度的贡献要高于对抗拉强度，如果保持C和Mn含量不变的情况下，很容易造成强屈比的降低，甚至达不到1.25。另外，如果其强化元素C、Si、Mn及V含量同时处于上限值时，又会造成了抗震性能另一指标屈标比超出1.30的标准特征值。

3.2 加热温度的影响

表1 HRB500E化学成分控制 单位： %

为节约能源，本企业HRB500E热轧带肋抗震钢筋生产通常采取了热装热送方式。但由于生产衔接问题，不可避免地出现冷热坯的混装现象。由此造成钢坯入炉温度的不同，在加热炉加热时间一定的情况下，将直接影响到HRB500E钢中V的固溶效果及轧后VN合金析出对钢筋的强化能力[3]。根据实际生产统计：HRB500E方坯热装较冷装其轧后平均屈服强度高约20 Mpa(抗拉强度约为16 Mpa)左右；冷热坯混装影响抗震性能合格率10%～15%。

3.3 规格效应及尺寸公差的影响

由于钢筋在轧制过程中压缩比、尺寸公差控制及轧制节奏的影响，在同一成分、同一轧制状态(主要是装炉方式)控制条件下，φ25 mm以下小规格其屈服强度特征值要高于φ25 mm以上大规格平均20 Mpa～30 Mpa。另外，钢筋生产采取负偏差轧制，而提高钢筋负偏差率的方法一般是减少钢筋的内径[4]。但是，钢筋内径尺寸控制的波动，也会直接造成钢筋强度的波动，特别是对于切分轧制的小规格影响更为显著，据统计：在相同成分、工艺条件下，Φ12 mm～16 mm规格受负公差轧制影响，其强度通常降低约5 Mpa～10 Mpa左右。

4 工艺改进优化措施

4.1 优化成分设计

国标GB1499.2-2007对抗震钢筋的要求：强屈比Rm/Rel≥1．25 、屈标比Rel/500≤1．30。从强屈比看，Rm应尽量高，Rel尽量低；从屈标比看，Rel实际控制值应在500 Mpa～650 Mpa。为此，通过对HRB500E抗震钢筋生产过程中的跟踪数据分析结果及实际生产控制水平，结合钢筋实际生产中C、Si、Mn、V等强化元素对其抗震性能各值的贡献大小及其规格效应程度，进行化学成分的优化：(1) 增加C、Mn含量，降低V含量上限值；(2) 针对其规格效应，根据规格大小进行V含量的分档轧制。(3) 适当缩小成分控制范围，即窄成分控制。优化后成分见表2。

表2 HRB500E抗震钢筋优化后成分 单位： %

4.2 控制入炉方式，稳定加热温度

针对装炉方式对HRB500E钢筋钢坯加热温度的不同，在保持目前加热炉加热条件无法提升的情况下，通过加强生产计划及产品订单管理，在HRB500E抗震钢筋生产时，钢坯入炉方式统一为纯冷装或热装(钢坯表面温度≥300 ℃)不准冷热坯混装；同时，适当降低生产节奏，提高HRB500E钢筋加热炉加热时间。即在满足HRB500E钢筋固溶温度的前提下，还要确保充分的固溶时间，使钢筋中的V得到有效的发挥，有利于改善钢筋的抗震性能。

4.3 稳定尺寸，控制钢筋负差率

由于在力学性能检测时钢筋使用公称尺寸截面积进行计算，钢筋实际尺寸大小对力学性能有直接的影响。因此要控制钢筋尺寸与负差率均衡稳定，以保证钢筋性能的稳定。结合生产实际，进行HRB500E抗震钢筋的料型优化，减轻连轧机架间的拉钢问题，减少钢筋头尾尺寸差。同时，对切分生产的小规格孔型进行改进，减少三线尺寸差，保证负差率稳定。

5 取得效果

通过工艺的优化及成分的完善，HRB500E热轧带肋抗震钢筋其各规格综合抗震性能合格率达到了99%以上(其各规格抗震性能水平见表3)，截止目前生产近一万余吨，没有出现过强屈服比不合格炉批。

表3 HRB500E抗震钢筋优化前后抗震性能指标

6 结论

(1)生产实践表明：通过优化调整合金成分及分档轧制工艺，使得HRB500E热轧带肋钢筋抗震性能合格率得到稳定提高，完全具备批量生产的能力。

(2)在优化合金成分的基础上，实现炼钢的窄成分控制及稳定轧材尺寸精度是提高HRB500E抗震性能的关键，通过提高钢中C、Mn含量，降低V含量，优化轧钢加热炉装炉方式，有利于提高HRB500E钢筋的强屈比，近而提高其抗震性能合格率。

[1] 袁敏,乔湘丽,张银生.HRB500E抗震钢筋研制[J].现代冶金,2010(3):20-22.

[2] 王洪锋，王耀山. 钒氮微合金技术在HRB500E开发中的应用[J].甘肃冶金，2014，36(2)：32-35.

[3] 李勇山. 提高HRB500E螺纹钢筋强屈比试验研究[J].江西冶金，2015，35(6)：5-7

[4] 刘金源，钟寿军. HRB500E 屈服强度偏低原因分析[J].江西冶金，2016，36(1)：18-21

PLODUCTION PROCESS AND PROPERTY OPTIMIZATION OF HRB 500E ANTI-SEISMIC REINFORCING BAR

Fan Yinping Li Jing Yang Chenli

(Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd.)

Based on strong flexor HRB500E high strength steel ratio control is difficult, the problem such as seismic performance qualified rate is low, through research and analysis the technical requirements and production characteristics, etc., and then take optimized alloy composition control, perfect management measures, such as rolling technology has achieved good result finally: seismic performance qualified rate increased to 99% from 80% before the process optimization.

HRB500E High strength ribbed steel bar Process optimization

银平，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁集团有限责任公司技术中心；

2016-12-15