HRB500E钢筋强屈比性能不合格的原因浅析

胡 阳

（山钢股份莱芜分公司棒材厂， 山东 莱芜271104）

关键字：微合金化 HRR500E 强屈比 晶粒度

建筑物的抗震性能是建筑设计中的重要内容，与普通钢筋相比，抗震钢筋以屈服强度（Rel）、抗拉强度（Rm）与强屈比（Rm，实测／Rel，实测）、屈屈比（Rel，实测/Rel，标准特征值）、最大力总伸长率（Agt）等指标进行衡量。GB 1499.2—2007中规定，与普通钢筋相比，抗震钢筋另外增加了强屈比、屈屈比、最大力总伸长率等三项质量特征值，即:Rm，实测／Rel，实测≥1.25，Rel，实测／Rel，特征值≤1.30，Agt≥9%[1]，要求具有较高且稳定的屈服强度和良好的延性（采用最大力总伸长率和强屈比指标表征）。抗震钢筋良好的强度和塑韧性，使钢筋从变形到断裂的时间间隔变长，以实现“建筑结构发生变形到倒塌时间间隔尽可能延长”的抗震设计。

山钢股份莱芜分公司（以下简称莱钢）棒材厂HRB500E抗震钢筋采用钒氮微合金化热轧工艺生产，该工艺主要利用和发挥钒氮合金微合金细晶强化和碳氮化物沉淀析出强化作用，来提高钢的强度，改善其性能[2]。经过长期的实践摸索，工艺已固化，质量相对稳定，但2017年10月份的生产过程中，出现2炉屈服强度异常偏高，达到630 ～650 MPa，导致强屈比不合格，影响了订单的及时兑现，很有必要分析造成强屈比性能不合格的原因。

1 过程控制情况

此2炉HRB500E抗震钢筋为二轧产线生产Ф32 mm规格，批量生产了5炉，约400余t，炼钢坯料成分控制见表1（熔炼成分），成分控制符合质量计划要求，轧制工艺参数执行开轧温度1 080 ～1 120℃控制，轧速7.8 m/s，轧后轻穿水，上冷床温度控制在1 000℃左右，与以前工艺执行一致。

表1 2017年10月钢坯熔炼成分 %

2 工艺参数对比分析

因生产组织需要，在2017年8月份该产线曾使用该牌号成分钢坯生产Ф32 mm规格HRB500钢筋，熔炼成分信息见表2，生产工艺执行HRB500工艺，开轧温度1 020 ～1 060℃控制，轧速7.8 m/s，轧后轻穿水，上冷床温度在970℃左右。

表2 2017年8月钢坯熔炼成分 %

将不合格批次钢坯随HRB400钢种投炉生产2支，工艺参数执行开轧温度990 ～1 030℃，上冷床温度960℃左右，产品性能检测见表3。

通过表1和表2的对比两批次熔炼成分控制基本相同，轧制工艺控制不同，分别是开轧温度1 020 ～1 060℃和1 080 ～1 120℃，两批次检验结果见下页表3。

通过不同轧制工艺参数的原料成分和产品性能对比分析，工艺参数并非是屈服强度异常偏高、强屈比不合的原因。

表3 两批次检验结果对比

3 成分及金相对比分析

3.1 成分对比分析

对钢筋成品成分和金相组织进行分析，在该批钢筋中（5炉）选取不同屈服强度段，截取若干钢筋样品，进行成品成分检测，并增加对氮氧的检测，为保证氮氧含量的准确检测，每个编号试样做2个，成分分析情况见表4。从检测结果分析:在碳硅锰钒氧含量基本相同的情况下，屈服强度与氮含量存在明显的正相关性，氮含量越高，屈服强度越高。

表4 成品成分检测对比分析

3.2 金相对比分析

选取编号1和编号3试样分别对钢筋的表层、中间层、心部做金相组织分析，见图1—图6，由金相组织图可知:编号1和编号3试样金相组织主要是铁素体和珠光体，但晶粒度有明显的差别，编号1晶粒度约在8.0级别，编号3晶粒度达到了9.5级别；编号1珠光体片层间距较大，心部更为明显，编号3在各部位的组织均匀性强于编号1。

4 分析与讨论

由表3和表4的数据对比可知:对于钒氮微合金化热轧工艺生产的钢筋，坯料中含氮量较高时，轧制工艺参数调整对钢筋性能的影响十分有限。

图1 编号1 200X-B

图2 编号3 200X-B

图3 编号1 200X-0.5R

图4 编号3 200X-0.5R

图5 编号1 200X-X

通过实验数据对比和金相分析可知:钢中增氮显著提高了钢筋的强度，氮含量（质量分数）增加100×10-6，可使屈服强度增加90 MPa左右，抗拉强度增加90 MPa左右，可见氮的增加对屈服和抗拉强度的增量基本相同，对强屈比而言有变小的趋势，不利于抗震性能；此外，钢中增氮具有明显的细化晶粒作用。

图6 编号3 200X-X

因此，钒氮微合金化工艺生产的钢筋，钢中氮对产品性能有显著影响，并且这种影响通过后期轧制工艺调整很难补救。为提高HRB500E抗震钢筋性能稳定性，须强化合金原料源头控制，固化炼铸工艺，对钢坯中氮含量进行合理的约束控制。

5 结语

HRB500E屈服强度偏高的主要原因是钢中氮含量偏高所致，氮的增加起到了细晶强化的作用，因对屈服和抗拉强度的增量基本相同，使强屈比有变小的趋势，不利于抗震性能。