微量硼对热轧带肋钢筋力学性能的影响

祝俊飞， 刘鸢杰， 罗贻正， 刘 斌

（方大特钢科技股份有限公司技术中心， 江西 南昌 330012）

在如今钢铁行业激烈竞争的形势和热轧带肋钢筋新国标实施带来的工艺变更的形势下，热轧带肋钢筋微合金工艺的研究已经成为国内钢铁企业获取竞争优势的关键，现有热轧带肋钢筋中常用微合金元素为钒元素、铌元素[1]。硼元素能提高钢的淬透性，且较其他合金元素价格相对低廉、相对原子质量较小、表面活性高及扩散速度较快，是改善钢材力学性能的重量合金元素[2]。因此，本文通过在热轧带肋钢筋中添加微量的硼元素，并与未添加硼元素的热轧带肋钢筋力学性能和金相组织方面进行对比，以研究硼元素对热轧带肋钢筋的力学性能以及微观组织的影响[3]。

1 试验材料及方法

试验用钢为方大特钢科技股份有限公司（全文简称方钢）生产的HRB400 钢坯，其化学成分见表1所示。其中成分1 为常规不含硼钢，成分2 为低硼钢，成分3 为含硼钢。试验用钢冷坯装炉后，经相同加热工艺、轧制工艺生产热轧带肋钢筋，分别轧制了Φ12 mm 和Φ20 mm 两个规格热轧带肋钢筋的试验。其中，在Φ12 mm 规格进行了不含硼HRB400 和低硼HRB400 的对比试验，其加热及轧制工艺为：加热段炉温1 200 ℃左右，加热段在炉时间为45 min，均热段炉温为1 080 ℃左右，均热段在炉时间为30 min，进轧温度为1000～1020℃，上冷床温度为880～920℃。在Φ20 mm 规格进行了不含硼、低硼、含硼的对比试验，其加热及轧制工艺为：加热段炉温1 200 ℃左右，加热段在炉时间为40 min，均热段炉温为1 080 ℃左右，均热段在炉时间为28 min，进轧温度为1 000～1 020 ℃，上冷床温度为900～920 ℃。通过对应热轧钢筋成品头、中、尾等相同位置进行取样检测后，进行对比分析三种成分在相同加热工艺和轧制工艺下力学性能、显微组织的变化。

表1 试验钢的化学成分 %

2 试验结果及分析

2.1 硼对力学性能测试结果分析

在Φ12 mm 规格上进行了同生产工艺条件下的成分1 和成分2 的对比试验，试验的力学性能如表2 所示。在Φ20 mm 规格上进行同生产工艺条件下的三组成分的对比试验，试验的力学性能如表3所示。

表2 试验钢Φ12 mm 规格力学性能对比表

从表2 可看出，屈服强度和抗拉强度对比中成分2 低硼钢较成分1 不含硼钢明显偏低，低硼钢的屈服强度平均值低15 MPa，低硼钢的抗拉强度平均值低9 MPa；断后伸长率A和最大力下总伸长率Agt无明显差异。表3 试验钢Φ20 mm 规格力学性能对比表。

表3 Φ20 mm 规格力学性能对比表

从表3 可看出，成分3 含硼钢和成分2 低硼钢的屈服强度、抗拉强度平均值均低于成分1 无硼钢，且含硼钢、低硼钢的屈服强度的上限值、下限值均呈下降趋势，含硼钢、低硼钢的断后伸长率和最大力下总伸长率与无硼钢相比均无明显差异；在含硼钢与低硼钢的力学性能对比中，其屈服强度和抗拉强度并未随着硼元素含量的上升而提升，反而略有降低，其断后伸长率和最大力下总伸长率均无明显差异。

2.2 硼对热轧带肋钢筋显微组织的测试结果对比分析

图1 不含硼钢12 mm 规格显微组织

图1 为常规不含硼钢显微组织，通过轧制工艺控制，从边部到中心的微观组织均得到典型的铁素体-珠光体组织，其边部的铁素体晶粒尺寸较中心处细化效果明显，不但提高了材料的强度，且具有良好的塑韧性[4]。

图2 为低硼钢显微组织，其边部到中心处均得到铁素体-珠光体组织，组织情况如表3 所示，中部组织晶粒度与图1 并无明显差别，边部组织晶粒度等级小于图1。

图2 低硼12 mm 规格显微组织

表4 试验钢微观组织平均值对比表

不含硼钢、低硼钢、含硼钢显微组织，其边部到中心处均得到典型铁素体-珠光体组织，其边部、中心的晶粒度对比情况如表4 所示，硼元素的加入易导致热轧带肋钢筋边部晶粒长大。

3 结论

1）在现有热轧带肋钢筋轧制生产工艺不变的条件下，微量硼元素加入对方钢热轧带肋钢筋的力学性能呈弱化作用，导致热轧带肋钢筋屈服强度、抗拉强度下降。

2）硼元素含量从0.015%提高到0.049%对热轧带肋钢筋的屈服强度和抗拉强度并无明显变化。

3）硼元素在热轧带肋钢筋现有工艺不变的情况下，组织也无明显变化，无细化晶粒度的作用，反而易导致边部晶粒长大。