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分享:釩氮微合金化HRB500E鋼筋的制備及熱處理

2024-06-17 09:20:17 

HRB500E是新國(guó)標(biāo)GB1499.2—2018《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》里面普通熱軋鋼筋的一個(gè)高等級(jí)牌號(hào),其屈服強(qiáng)度不低于500 MPa,與普通的鋼筋相比,HRB500E具有更高的強(qiáng)屈比、屈屈比和最大力總伸長(zhǎng)率,當(dāng)使用HRB500E鋼筋作混泥土骨架的建構(gòu)筑物遭遇地震時(shí),HRB500E鋼筋能延長(zhǎng)從形變到斷裂的時(shí)間,起到延長(zhǎng)逃生時(shí)間的作用,有利于減少災(zāi)難遇難人數(shù)[13]。因HRB500E鋼筋具有較高的強(qiáng)度和塑韌性,人們對(duì)其制備工藝展開了大量的研究,主流制備工藝包括:①煉鋼工藝:化學(xué)成分采用V–N合金化設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、LF精煉和小方坯連鑄,制得方坯[46];②軋鋼工藝:控制鋼坯在加熱爐的加熱方法、控制軋制過程溫度和軋制速度、上冷床后的冷卻控制[78]。其中不同研究的異同點(diǎn)主要在煉鋼化學(xué)成分控制和軋鋼鋼筋組織控制兩方面,上述制備工藝都是在鋼筋軋制完成后直接進(jìn)行冷卻,因在軋制過程中,鋼筋本身溫度較高,直接冷卻導(dǎo)致鋼筋內(nèi)部或多或少會(huì)存在應(yīng)力集中,導(dǎo)致鋼筋使用性能降低,難以正常發(fā)揮鋼筋優(yōu)異性能。本文主要研究在鋼筋制備的基礎(chǔ)上再進(jìn)行熱處理研究,解決鋼筋內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題,提高鋼筋的斷裂強(qiáng)度和韌性[910]

結(jié)合公司設(shè)備、工藝和技術(shù)情況,釩氮微合金化HRB500E鋼筋的制備工藝流程為:原輔料(鐵水、廢鋼和溶劑等)→100 t轉(zhuǎn)爐冶煉→LF鋼包精煉→6機(jī)6流165 mm×165 mm方坯連鑄→鋼坯→步進(jìn)式蓄熱加熱爐→18架無扭連軋機(jī)組→冷床→熱處理→試樣,具體控制情況如下。

綜合考慮C、Si、Mn、P、S、Ti、Ni、V和N等元素在鋼筋中所起的作用,以及其對(duì)鋼筋本身力學(xué)性能和沖擊性能影響,同時(shí)參考國(guó)標(biāo)GB/T 700-2006規(guī)定的化學(xué)范圍要求,設(shè)計(jì)的釩氮微合金化HRB500E鋼坯的化學(xué)成分如表1所示。

轉(zhuǎn)爐裝入制度采用定量裝入,總裝入量為115~125 t,鐵水溫度控制在1380~1480 °C,Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.60%,P質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.200%,S質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.045%,鐵水成分與溫度異常時(shí),應(yīng)及時(shí)調(diào)整裝入量;槍位控制采用變壓變槍法,工作氧壓控制在0.80~0.85 MPa,流量控制在20000~26000 m3/h,吹煉過程中槍位的控制結(jié)合化渣情況來匹配;造渣操作采用分批加料法,渣料提槍前3 min加完;終點(diǎn)C質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.06%~0.12%,終點(diǎn)溫度控制在1630~1660 °C;出鋼擋渣成功率控制在95%以上,脫氧采用預(yù)脫氧和終脫氧操作,脫氧合金化操作完成后鋼水的氧含量控制在30×10−6以下;吹氬時(shí)間不少于240 s。

連鑄工藝采用6機(jī)6流弧形連鑄機(jī)澆鑄,鑄坯斷面為165 mm×165 mm。大包溫度控制為連澆爐1570~1610 °C,采用下渣自動(dòng)檢測(cè)裝置,防止下渣;中間包過熱度控制在15~25 °C,拉速遵循典拉制度,保證液面高度穩(wěn)定;采用氮封保護(hù)澆鑄,結(jié)晶器液面采用自動(dòng)控制和電磁攪拌;二冷段采用氣霧冷卻和動(dòng)態(tài)配水工藝,保證鑄坯冷卻均勻。

熱軋過程選取3種成分的鋼坯進(jìn)行試驗(yàn),分別為內(nèi)控樣1、內(nèi)控樣2和對(duì)比樣,其中內(nèi)控樣1和內(nèi)控樣2為本文優(yōu)選試驗(yàn),對(duì)比樣為普通鋼筋試樣,3種成分的鋼坯如表2所示。


熱軋切分方式采用四切分軋制,軋制規(guī)格為?8 mm,軋制工藝采用控軋控冷工藝,軋制順序?yàn)槌踯?rarr;中軋→精軋,加熱裝置采用蓄熱式步進(jìn)加熱爐,軋制設(shè)備采用短應(yīng)力高剛度軋機(jī),過程中控制好出爐溫度、水壓、穿水流量和終軋速度等相關(guān)工藝參數(shù),具體情況如表3所示,最終保證熱軋鋼筋產(chǎn)品溫度均勻,無異常金相和混晶組織,同時(shí)金相組織須為正常的鐵素體和珠光體,晶粒度在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)。


分別將含有內(nèi)控樣1、內(nèi)控樣2和對(duì)比樣化學(xué)成分的鋼坯按照上述熱軋工藝進(jìn)行軋制和熱處理,得到表4中的1#~8#HRB500E鋼筋試樣,其中1#~6#試樣化學(xué)成分為內(nèi)控樣1,7#試樣化學(xué)成分為內(nèi)控樣2,8#試樣化學(xué)成分為對(duì)比樣,熱處理工藝及參數(shù)如表4所示,其中8#未進(jìn)行熱處理。

力學(xué)性能分別檢測(cè)1#~8#HRB500E鋼筋試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、屈屈比和屈強(qiáng)比,檢測(cè)方法參照GB/T 1499.2—2018要求執(zhí)行,檢測(cè)結(jié)果如表5所示,表中?eL0?m0分別為屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值。從表5可以看出,1#~8#HRB500E鋼筋試樣力學(xué)性能均符合國(guó)標(biāo)要求,且1#~7#試樣各項(xiàng)性能均大幅優(yōu)于8#試樣,說明本文通過采用優(yōu)選的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和熱處理工藝對(duì)鋼筋力學(xué)性能提升有明顯影響,該現(xiàn)象主要與鋼筋化學(xué)成分和熱軋工藝有關(guān)。

沖擊性能測(cè)試方法是將HRB500E鋼筋試樣制作成55 mm×10 mm×10 mm和2 mm深的U型缺口標(biāo)準(zhǔn)式樣,在28±3 °C條件下進(jìn)行450 J的擺錘沖擊試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示,從圖1可以看出,1#~7#試樣沖擊韌性均明顯優(yōu)于8#試樣,其中1#試樣沖擊功接近8#試樣的2倍,該現(xiàn)象主要與熱處理工藝有關(guān)。


(1)通過采用相關(guān)的工藝控制,制備的1#~7#釩氮合金化HRB500E鋼筋試樣的力學(xué)性能和沖擊韌性均優(yōu)于未進(jìn)行熱處理的8#普通鋼筋。

(2)所采用的HRB500E鋼筋制備工藝與普通HRB500E鋼筋的制備工藝基本相同,無需另外增加設(shè)備,使用傳統(tǒng)生產(chǎn)線即可,可大規(guī)模推廣。


文章來源——金屬世界