铌钒复合HRB500E钢筋的研制与生产

2022-01-23张存旺徐兵伟张联兵

山西冶金 2021年6期

张存旺，徐兵伟，张联兵

（首钢长治钢铁有限公司生产技术处，山西长治 046031）

由于HRB500E是GB/T 1499.2—2018中强度级别最高的抗震钢筋，因其需要具备较高的屈服强度，同时兼备1.25以上的强屈比，是目前国标螺纹钢中工艺控制难度最大的牌号。2020年以来，随着山西及周边市场对HRB500E钢筋需求量的增大，HRB500E钢筋开始批量生产，但在生产中出现了强屈比初验不达标问题，虽然在复验后大部分产品达到合格，却也影响了正常生产和发货。为解决HRB500E钢筋批量生产中存在的问题，开展了对铌钒复合HRB500E钢筋的研制。

1 生产工艺控制

首钢长治钢铁有限公司（全文简称首钢长钢公司）生产带肋钢筋的主要设备包括2座1 080 m3高炉、3座80 t转炉、3台小方坯连铸机和新建100万t棒材及高速棒材轧钢产线，其主要工艺流程为：高炉铁水→80 t顶底复吹转炉→脱氧合金化→连铸浇注→钢坯检验→钢坯加热→粗轧机组→中轧机组（机间控冷）→预精轧机组（机后控冷）→精轧机组（机后控冷）→冷床→剪切、检验等。

1.1 成分设计

铌对钢材具有较好的强化效果，能显著提高钢筋的抗拉强度，间接增加了抗震钢筋要求的强屈比指标[1]。因此，在HRB500E原化学成分基础上减少w（V），同时增加适量的铌替代原有的钒元素，铌钒复合钢筋成分控制要求如表1所示。

表1 铌钒复合钢筋成分控制要求 %

1.2 炼钢工艺

终点控制：终点温度为1 650~1 680℃，终点w（C）为0.07%~0.15%，w（P）≤0.030%、w（S）≤0.035%。

合金加入：出钢加完硅铁、硅锰合金后，加入钒氮合金和铌铁（最后加入铌铁）。

精炼方式：采用LF钢包精炼，造渣料使用精炼渣、白灰、萤石，炉渣碱度2.0~3.0，w（FeO+MnO）≤3%。根据进站钢水w（S），加入适量硅铁粉进行脱氧脱硫。精炼结束后进行吹氩操作，软吹时间为10~15 min。

连铸：Nb、V复合微合金化钢高温塑性低谷区为950～1 100℃[2]，拉矫温度应避开塑性低谷区。中包温度为1 520~1 550℃，拉速为1.8~2.5 m/min；结晶器水量为120~160 m3/h。二冷比水量为1.5 L/kg；拉矫温度为850~950℃。通过结晶器水量、二冷水量、拉速和拉矫温度控制，钢坯表面未出现裂纹和其它缺陷。

1.3 轧钢工艺及力学性能

1.3.1 高棒区

首钢长钢公司高速棒材生产线为棒线复合生产线，棒材产线轧机区共有22架轧机，呈全连续布置，粗轧、中轧、预精轧与高线产线共用，精轧机组采用4架顶交45°无扭轧机。

未完全固溶的碳氮化铌在加热时可阻止奥氏体晶粒长大，在轧制时可以阻止奥氏体的再结晶，从而促进铁素体形核，达到细晶强化的目的。因此，为提高铌的固溶度，同时防止奥氏体晶粒粗化，确定钢坯的加热时的最佳温度范围为1 100～1 150℃[3]。高棒区域开轧温度、上冷床温度控制情况如表2所示。

表2 高棒区铌钒复合钢筋工艺控制情况

对采用铌钒复合工艺批量生产的钢筋与采用钒氮合金工艺的钢筋进行对比统计，产品化学成分和力学性能对照如表3所示。

从表3可知，采用铌钒复合工艺后，钢筋的抗拉强度略高于钒氮合金，屈服强度略低于钒氮合金，强屈比提高0.03，消除了强屈比初验不合格现象。采用铌钒复合工艺后，由于铌元素的存在，使CCT曲线右移，且铌元素具有推迟铁素体相变作用，可提高珠光体比例，使抗拉强度增加。同时，由于加入铌后，钒氮合金相对减少，从而降低了钒氮合金析出强化、细晶强化效果，屈服强度略有下降。