HRB600E高强抗震钢筋制备工艺及特点分析

吕昕晖，纪兴华

1 HRB600E高强抗震钢筋特点和优势

我国是一个地震频发的国家，地震对我国人民的生命和财产造成了巨大的损失。据统计，自20世纪以来，我国发生6级以上的破坏性大地震的次数有800余次。死于这些地震的人数高达55万之多，占全球地震死亡人数的一半以上。特别是在“汶川”地震后，提升建筑物抗震性能的问题已引起政府和企业的高度重视，相关地区的建筑抗震等级要求不断提升，国际地震局也要求部分地震带房屋建筑抗震等级需要达到一定标准，针对人员密集场所的建筑，需要根据高于地方房屋建筑的抗震设防要求来进行，以此切实提升建筑抗震性能。

以门型侧向抗震支吊架结构为例来说，抗震连接构件主要是以高强抗震钢筋为主，这些连接构件在整个建筑抗震中具有重要的作用，其性能和质量也关系整个抗震结构的稳定性和质量。600MPa带肋高强钢筋是新一代建筑用钢，与HRB400钢筋相比，具有强度高，延伸性好，抗震性优，安全储备大，混凝土振捣易，防腐性能更佳，综合成本低，施工简便等优点；高强钢筋是引领钢铁与建筑业转型升级具有革命性的新材料，代表未来建筑用钢的方向。钢筋强度从335MPa的II级上升到400MPa的III级，这样可以有效节约15%左右的钢材原料。要是将400MPa等级的钢筋强度提升到500MPa等级，这样还能在此基础上节约10%左右的钢材原料。据测算，如今钢铁行业的二氧化碳排放量占全球的7%，在过去十年中，每生产一吨钢，就会排放1.83吨二氧化碳以及大量的二氧化硫、粉尘、等其它污染物。提升钢筋的性能水平，节约钢材料，推广高强钢筋已是大势所趋，因此高强钢筋的制备是经济节约与绿色制造的需求。

我国建筑主要部位的抗震等级要求显示，大部分建筑的重要部位都要求抗震等级达到一级，这是高标准的抗震要求。我国建筑事业发展规模较大，每年需要大量的钢筋产品，年钢筋消耗量接近一亿吨，若能提升钢筋强度等级，则至少可节约钢筋原材料1000万吨，这种节约带来的社会效益、经济效益以及环境效益等都是巨大的，同时也是国家可持续发展战略的要求。钢筋牌号后加E，表示较高要求的抗震钢筋，从性能来看，HRB600E高强抗震钢筋具有很好的市场应用前景，在进行研制中，其所能带来的社会效益也是显著的。

2 HRB600E高强抗震钢筋化学成分和力学性能要求

HRB600E高强抗震钢筋的化学成分中，C含量要求不大于0.28%，Si含量不大于0.8%，Mn含量不大于1.6%，P、S含量不大于0.035%，根据需要，钢中还可单独或复合添加不同含量的V、Ti、Nb等元素。此外，钢筋要求碳当量不超过0.58，所谓碳当量是指把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相对含量，作为一种参考指标来评定钢筋的焊接性能。钢的化学成分允许偏差应符合GB/T222《钢的化学成分允许偏差》的规定，碳当量的允许偏差为+0.03%。

就力学性能而言，HRB600E的Rel（抗拉强度）不应小于600MPA,Rm(屈服强度)不应小于750MPA。非抗震钢筋伸长率类型可从A和Agt中选定，但仲裁检验时应采用Agt，抗震钢筋的伸长率类型为A和Agt。HRB600E的断后延长率（A） 不小于15%，Agt(最大力总伸长率)不小于9%.

在抗震钢筋的原牌号后面加上E，相应的力学要求也会提升，主要应该达到以下几点要求：

第一，实测钢筋抗拉强度和实测屈服强度的比应该大于等于1.25；

第二，实测钢筋屈服强度和屈服强度特征比应该小于等于1.30；

第三，钢筋的最大力总伸长率应该大于等于9%。

第四，抗震钢筋应进行反向弯曲试验，反向弯曲试验的弯芯直径比弯曲试验相应增加一个钢筋直径，先正向弯曲90。，再反向弯曲20。。经反弯试验后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。可用反弯试验代替弯曲试验。

3 HRB600E高强抗震钢筋生产方案设计

结合GB1499.2-2018的标准要求，钢筋应以热轧状态交货，确定了相应余热处理钢筋不在标准使用范围内，且要确保钢筋金相组织以铁素体和珠光体为主。所以，相关钢铁厂可以结合自身的钛资源优势，使用钛铁合金化、氮化钒铁合金化以及氮化钒铁+钒铁复合合金化技术，按照标准要求来提升HRB600E高强抗震钢筋的抗震强度。

3.1 钢筋强屈比影响因素

在钢筋强屈比影响因素中，碳、硅、锰这三类元素是最主要的，其中，碳元素对于钢筋的强度和强屈比的影响最为明显；硅元素能够有效提升钢筋强屈比，但是对于钢筋强度的提升作用没有锰元素好。在相应成分设计中，需要综合把握相关强度和塑性、焊接性能指标，从而科学确定相应元素的含量。

其次，钒微合金化方式也会影响钢筋的强屈比。通过对于不同钒微合金化方式对钢筋强屈比以及抗拉强度、屈服强度等的回归分析，对比相关回归数据，发现氮化钒铁、氮化钒以及钒铁都会影响钢筋的强屈比、抗拉强度以及屈服强度回归结果。在钢材中钒含量确定的情况下，钒铁合金化对于钢材的强屈比降低效果最不明显。在钢材中的氮含量不断升高时，钒析出强化以及细晶强化的作用越来越突出，这对于降低强屈比作用也会越来越明显。在钢材中，钒的沉淀强化效果与析出相的数量、质点数量多少、弥散度等密切相关，一般质点越多，弥散越小，相应的沉淀强度就会越大。相关研究发现，钢材中钒的比例越高，沉淀度就越好。例如，某钢材厂中钢水中的原始氮含量越高，这时候加入氮化钒或者是氮化钒铁带入的氮元素，这样钒和氮的比例都超过理想值。简单来看，钢水不管是氮化钒还是氮化钒铁合金化，钒在钢材中的沉淀强化作用都会达到最大化，氮化钒铁中多余的氮对于细晶强化有很好的促进效果。

结合相应的回归统计数据，以及相关钢铁厂中铁水中还有钒的特征，在生产HRB600E高强抗震钢筋中采用钒微合金化方式。针对小规格钢筋，可以通过氮化钒铁合金化方式，而对于大规格的钢筋制造，可以使用氮化钒铁+钒铁复合合金化方式。

3.2 HRB600E高强抗震钢筋制备工艺

3.2.1 工艺路线

HRB600E高强抗震钢筋重要的工艺步骤如下：

高炉铁水——转炉冶炼——脱氧合金化——LF炉精炼——方坯连铸——加热——棒线材机组压制——冷却——收集——产品检验——包装——入库。

3.2.2 工艺控制

要确保 HRB600E高强抗震钢筋的屈服强度控制效果，确保其强度能够达到相应抗震标准，同时，确保钢筋强度和塑性匹配度最理想，所以，必须要对加工中的C/Mn/V元素含量进行严格控制。针对C/Mn一般根据中线控制，按照不同轧制规格来对于V的加入方式进行调整。

其次，是做好冶炼环节的质量控制。要确保HRB600E高强抗震钢筋的钢坯质量，有效降低钢水氧化锌，需要对于冶炼重点中的C含量进行准确把控，要确保钢中夹杂物能够充分上浮，还要确保吹氩时间足够，与此同时，进行连铸到时候，要实施全过程保护浇注，确保钢坯拉速的稳定性和可靠性。

LF 炉精炼过程主要是对钢水进行去除杂质、脱氧以及脱硫等，对其化学成分、温度进行微调或调整，以保证钢水质量，全力保障为连铸过程稳定浇注。由于高强钢筋对 P、S 含量要求不是很高，若使用低硫铁水制备钢筋，则无需经 LF 炉精炼，这样便可缩短制备工艺流程，大幅度提高制备效率，但需要注意的是，不经 LF 炉精炼的钢筋，其化学成分波动较大，这样将影响钢筋质量稳定性。经 LF 炉精炼工艺，不仅可解决高硫铁水导致的转炉脱硫困难问题，同时可对钢筋化学成分进行微调，使得钢筋化学成分和质量稳定性提高。

连铸过程主要是对中包温度、拉速、二次冷却强度等进行控制，从而进一步保证铸坯质量，浇注出符合棒材轧制的坯料，为棒材铸坯轧制做好准备。浇注前期，中间包和浸入式水口应烘烤至红热状态，中间包内需保持洁净无杂物，防止钢水污染和粘结；连铸过程采用全程保护浇注，即钢包到中间包使用保护套管保护浇注，中间包钢水液面覆盖中包覆盖剂，中包到结晶器使用浸入式水口保护浇注，结晶器钢水液面添加低合金钢结晶器保护渣，从而对钢水进行保温和防止钢水二次氧化。

轧制对于HRB600E高强抗震钢筋的抗震强度也有重要影响，在轧制中，需要进行合理的加热制度制定，结合不同生产线和不同轧制规格来对于钢坯出炉温度进行控制，保证终轧的温度稳定，防止出现钢筋组织粗大或者是组织不均匀的情况，避免这些问题导致HRB600E高强抗震钢筋性能下降。针对盘条钢筋的制备，需要对于控轧控冷参数执行严格控制，按照盘条钢筋的实际生产特性，制定吐丝温度和散冷线参数，对于相应风机开启台数、风量等进行调节，真正保证盘条钢筋能够均匀冷却，提升钢筋的通条性能。此外，针对大规格钢筋的外形设计和改进中，要确保冷弯性达到要求。

为确定 HRB600E 高强抗震钢筋生产工艺，应从HRB600E高强抗震钢筋拉伸及弯曲性能、组织、焊接性能及疲劳性能等方面做好检验和分析，对制备工艺进行优化，最终达到批量稳定生产的目的。

4 HRB600E高强抗震钢筋制备质量提升对策

4.1 注重技术研发，提升生产制备质量

传统的钢筋连接方式通常采用手工电弧焊、电阻对焊等工艺技术，由于受操作人员技术水平的影响，往往焊接质量不稳定，焊接接头受热后容易发生脆性断裂，接头延性难以满足使用要求，特别是十字形连接和T字形连接，传统焊等工艺技术难以实现等强连接。这样引发的后果是，一旦发生地震、楼房垮塌等事故，混凝土先发生松散，导致钢筋散开，如果此时箍筋箍得不紧，将加速楼房的垮塌速度和受损程度，增加危险系数。要促进高强抗震钢筋的性能不断提升，优化高强钢筋的抗震性能，提升抗震等级等，必须要加强新技术研发，在高强钢筋生产中，不断加快技术研发步伐，加速新专利技术在高强抗震钢筋制备中的应用，提升生产效益。目前，高强抗震钢筋的技术研发工作还在进一步开展中，例如，新型的焊接箍筋是经专用焊接设备进行等强焊接，由此可节约复合箍筋的弯钩和重复段材料，使箍筋的整体性和现场使用的便捷性更好，增强稳定性和抗压性，有效提高结构工程的质量。针对云南地震多发的实际和建设节约型社会的举措，2008年武钢集团昆明钢铁股份有限公司开始研发500兆帕高强度抗震钢筋，目前该产品生产及推广应用技术处于全国领先水平，项目研究成果获2011年云南省科技进步一等奖。昆钢先后开展了500兆帕高强度钢筋强化机理研究、产业化集成技术开发、施工技术规范编制等一系列工作，多项技术达国内领先、国际先进水平，形成了多项自主知识产权，申请专利24项，授权14项。项目还在国内首次主导编制出建筑工程应用500兆帕钢筋地方标准，为国内全面推广运用高强度钢筋提供了很好的技术平台。可见，通过技术研发，能够有效提升钢筋抗震性能，这对于优化钢筋生产制备过程也有重要价值。

在进行高强抗震钢筋的技术研发中，围绕最新技术和HRB600E高强抗震钢筋的优缺点，结合《HRB600E钢筋应用技术规程》中的一些重要条文进行了解读。这条技术规程是由张维汇专家主编，从钢筋的术语符号、适用范围、设计、材料选择、构造规定、质量验收、加工安装等多个方面对HRB600E进行全面了解。通过对条文的解读，让相关参与人员对这种绿色钢筋的认识更加透彻，为以后的使用打下基础。通过有效把握HRB600E高强钢筋的技术指标、经济性及社会效益等优势分析、HRB600E高强钢筋的主要设计使用范围及注意事项等。对于这样一种新型钢筋，钢筋抗震性能好、市场前景大，以后设计和采购的企业会越来越多，所以相关技术研发的效益也是可观的。

4.2 强化生产人员技术培训，提升育人实效

在钢筋的制备过程中，相关材料的使用、检修、更换等工作都需要相关工作人员来执行，确保相关高强抗震钢筋制备生产能够正常运作，而相关工作人员自身的技术水平和能力对HRB600E高强抗震钢筋的生产加工工艺质量也会产生较大影响。为提升HRB600E高强抗震钢筋制造技术水平，更好地适应国家抗震建筑发展需求，提高行业整体专业知识水平，探索专业技术协会、制造企业与高校合作开展专业人才培养新路，提升HRB600E高强钢筋制备和生产领域相关人才的综合能力和水平，必须要强化对相关工作人员的专业技术培训工作，结合日常实际工作，着重讲解HRB600E高强钢筋的性能和在工作中的实际应用，并普及员工未曾接触到的高强抗震钢筋型号、制备工艺和生产技术技巧等相关内容。围绕加工HRB600E高强钢筋的标准规范，重点学习如何对HRB600E高强抗震钢筋进行冶炼和锻造，将理论学习和实操训练充分结合。从点入手，由点及面，致力于率先培养出一批多工种技能人才，逐步加强车间全体员工对机床加工知识的学习和掌握，不断打造更多、更强的多工种技能人才，为公司改革发展提供重要的人才保障。

通过专题培训，能够让相关员工精准把握HRB600E高强抗震钢筋的使用和性能，做好相应HRB600E高强钢筋的制备流程和工艺管理，确保HRB600E高强钢筋制备过程合理，延长HRB600E高强钢筋使用寿命，同时也能有效地提升公司青工业务知识，激发公司员工的工作热情和积极性，对公司机加工车间打造“学习型、专业型、效率型”团队具有十分积极重要的意义。通过不断强化HRB600E高强钢筋的制备人员技术水平，提升HRB600E高强钢筋的整体生产技术和水平，为提升其在抗震建筑中的应用效果打好基础。

5 总结

HRB600E高强抗震钢筋具有多重性能优势，HRB600E高强抗震钢筋的有效制备、使用及推广对提升建筑抗震性能具有重要作用，且通过提升钢筋的抗震强度，可有效节约钢材，这是经济节约与绿色制造的需要，同时对可持续发展战略的实施意义重大。本文通过对HRB600E高强抗震钢筋的特点以及相关性能进行分析，研究了HRB600E高强抗震钢筋的制备工艺和质量提升关键，为HRB600E高强抗震钢筋的有效制备提供了一些思路。