600MPa级高强钢筋的生产实践

胡煜，韩建鹏，郭红民，李伟功

（陕西龙门钢铁有限责任公司，陕西韩城715405）

600MPa级高强钢筋的生产实践

胡煜，韩建鹏，郭红民，李伟功

（陕西龙门钢铁有限责任公司，陕西韩城715405）

介绍了龙钢600MPa级高强钢筋的生产实践。通过分析研究主要化学元素对钢的作用，在国标的基础上设计600MPa级高强钢筋的化学成分，并根据产品的技术特点，制定合适的炼钢和轧制生产工艺，并应用光谱分析仪、显微镜、拉伸试验机等设备对试制钢筋的成分、组织、力学性能、时效性、焊接工艺性能进行了检验分析，最终在龙钢成功开发出符合标准要求的600MPa级高强钢筋产品。

钢筋HRB600力学性能焊接性能

与发到国家相比，我国建筑行业所用的钢筋主要采用300MPa和400MPa钢筋，而世界主要工业国家已正在逐步淘汰强度小于400MPa级水平的钢筋。如美国多采用屈服强度在400MPa以上的钢筋，欧盟等国基本上采用500 MPa钢筋，并正在开展600MPa级甚至更高级别钢筋的开发，日本已经用到600MPa及以上。2011年，我国400MPa及以上钢筋仅占总量的38%左右，500MPa级钢筋仅在少数重点工程上应用，占总量不到2%[1]。在钢铁工业“十二五”发展规划中，国家曾明确提出了“400MPa及以上高强度螺纹钢筋比例超过80%”的目标，此外，在螺纹钢筋标准GB 1499.2的修订稿中，增加了600MPa级螺纹钢筋HRB600。因此，陕西龙门钢铁有限责任公司（全文简称龙钢）提前做好技术储备，对600MPa级高强钢筋产品进行了研发。

1 成分和工艺设计

1.1 化学成分设计

GB 1499.2（讨论稿）对600MPa级的钢筋化学成分仅作了上限规定（见表1），无法指导生产。为保证产品性能，必须对HRB600进行成分设计，设计时依托HRB500钢筋的生产经验，在严格控制钢中C、Si、Mn、S、P五大元素上限的前提下，成分设计还需主要考虑以下两个方面：一是较高的屈服强度和抗拉强度的要求；二是钢筋要有良好的焊接性，以保证产品焊接的要求。

目前，龙钢已开发的500MPa级别的螺纹钢筋，通过添加除C、Si和Mn以外的V合金元素可达到标准要求。因此，在500MPa级别钢筋的基础上，设计600MPa钢筋化学成分时，除C、Si和Mn之外，考虑在钢中加入V合金元素。

对于高强度螺纹钢筋来说，显微组织要求以铁素体+珠光体为最佳。这是因为如出现大量的贝氏体或马氏体等组织会引起钢筋塑性下降、屈服点不明显，进而影响到钢筋性能的稳定。合金元素V虽然具有显著的强化效果，但同时又提高了钢的淬透性，促进贝氏体或马氏体等异常组织的产生。因此，对于600MPa高强度螺纹钢筋的研发，合金元素V的添加量很关键。

成分的设计参照国家标准GB 1499.2（讨论稿），设计的成分见表1。

表1 成分设计%

1.2 V的强化机理

目前，V是钢材中比较常用的合金化元素，通过在钢中添加V，使得钢材的强度上升到新的台阶。在钢中，V元素可形成碳氮化物颗粒，抑制晶体长大，或固溶于基体当中，能够起到析出强化、细晶强化和固溶强化的作用。

在钢中，V的碳氮化物能够在1 100℃以下大量析出，在热轧和随后的冷却过程中有较强的析出强化和细晶强化作用，此外，N含量的提高有利于促进氮化物的析出，增强V合金元素的析出强化作用，并且，随着析出V（C、N）数量的增多，基体中固溶V含量下降，也有助于减轻V对钢淬透性的影响[2]。

1.3 工艺设计

HRB 600钢筋的生产工艺流程：转炉冶炼→脱氧合金化→CCM方坯连铸→剪切→检验→计量→加热→轧制→冷床冷却→定尺剪切→检验→包装→计量→入库。

转炉进行窄成分区间控制冶炼，内控范围满足表1要求。转炉冶炼终点碳控制在0.10%以上，控制钢水的氧化性，终点温度控制在1 620～1 650℃，钢水过热度控制在20~40℃；轧线加热温度控制在1 150～1 200℃，从而既保证了V微合金元素的充分固溶，又兼顾了防止奥氏体晶粒的粗化，终轧温度控制在950℃以下，充分发挥了第二相粒子的析出作用。

2 试验结果分析

2.1 力学性能

拉伸试验用100 t液压微机伺服万能试验机对开发的4个规格（Φ16mm、Φ20mm、Φ22mm、Φ25 mm）的钢筋进行了拉伸试验。结果显示：钢筋的屈服强度在620～665MPa，抗拉强度在765～805MPa，断后伸长率为19%～27%，各指标满足HRB 600钢筋的技术要求（即屈服强度不小于600MPa、抗拉强度不小于730MPa、断后伸长率不小于15%）。钢筋的力学性能结果见表2。

表2 钢筋的力学性能结果

2.2 时效性

为检验钢筋的时效性，对Φ22mm规格钢筋分别进行7 d、15 d、30 d的自然时效性能检验，结果见表3。

表3 时效力学性能结果

对力学性能比较分析可以看出，经7 d（168 h）时效后，屈服强度未变化，抗拉强度降低5MPa，断后伸长率未变化；经15 d时效后，屈服强度降低5 MPa，抗拉强度未变化；经30 d时效后，屈服强度降低5MPa，抗拉强度降低10MPa，断后伸长率略有提高。总之，钢筋无明显的时效性，但是随着时效时间的延长，屈服强度和抗拉强度略有降低，延伸率略有上升。

2.3 金相组织

利用OLYMPUS光学显微镜，分别对试制的Φ16mm、Φ20mm、Φ22mm、Φ25mm规格的钢筋进行了显微组织观察，钢的组织为铁素体和珠光体，晶粒度在11~12级，晶粒均匀。图1、图2分别为Φ22 mm、Φ25mm规格钢筋试样在100倍条件下的金相组织照片。

图1 Φ22mm规格金相组织

图2 Φ25mm规格金相组织

2.4 焊接工艺评定

按照JGJ18—2012《钢筋焊接及验收规程》国家行业标准的要求，分别采用闪光对焊、帮条焊、搭接焊、坡口焊、熔槽帮条焊、电阻点焊和机械连接等方式进行了钢筋焊接和连接拉力试验，钢筋断裂部位均为母材位置（见图3），因此，钢筋具有良好的焊接性能。

图3 焊接样拉伸后断裂位置

3 结论

1）应用钒合金化可以生产600MPa级的热轧状态的高强度钢筋，屈服强度、抗拉强度、延伸率等指标均能达到标准要求，

2）根据显微组织观察，组织为铁素体+珠光体，未出现有害组织，说明轧钢工艺合理。

3）焊接样拉伸后断裂位置在母材上，说明600 MPa级钢筋的焊接性能良好。

4）屈服强度稍偏低，最小值为620MPa，因此，应对600MPa级钢筋的化学成分进行优化调整。

[1]苏世怀，完卫国，孙维，等.中国建筑用带肋钢筋线材品种的优化[J].建材世界，2010，31（5）：36-39.

[2]刘建,王华昆.钒氮微合金化高强度钢的研究及应用[J].上海金属，2006，28（2）：56-60.

（编辑：苗运平）

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，陕西安康人，1996年毕业于陕西冶金工业学校金属压力加工专业，助理工程师，现任龙钢生产指挥控制中心业务主任，主要研究方向为钢铁工艺及研究。