HRB500E是新國標(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高等級牌號，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，HRB500E鋼筋能延長從形變到斷裂的時間，起到延長逃生時間的作用，有利于減少災(zāi)難遇難人數(shù)[1−3]。因HRB500E鋼筋具有較高的強(qiáng)度和塑韌性，人們對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，轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、LF精煉和小方坯連鑄，制得方坯[4−6]；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[7−8]。其中不同研究的異同點主要在煉鋼化學(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[9−10]。

1. HRB500E鋼筋的制備

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。

1.1 化學(xué)成分設(shè)計

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，以及其對鋼筋本身力學(xué)性能和沖擊性能影響，同時參考國標(biāo)GB/T 700－2006規(guī)定的化學(xué)范圍要求，設(shè)計的釩氮微合金化HRB500E鋼坯的化學(xué)成分如表1所示。

1.2 冶煉過程控制

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，應(yīng)及時調(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C質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.06%～0.12%，終點溫度控制在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；吹氬時間不少于240 s。

1.3 連鑄過程控制

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，采用下渣自動檢測裝置，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)晶器液面采用自動控制和電磁攪拌；二冷段采用氣霧冷卻和動態(tài)配水工藝，保證鑄坯冷卻均勻。

1.4 熱軋過程控制

熱軋過程選取3種成分的鋼坯進(jìn)行試驗，分別為內(nèi)控樣1、內(nèi)控樣2和對比樣，其中內(nèi)控樣1和內(nèi)控樣2為本文優(yōu)選試驗，對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，軋制順序為初軋→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，同時金相組織須為正常的鐵素體和珠光體，晶粒度在國標(biāo)范圍內(nèi)。

1.5 鋼筋的熱處理

分別將含有內(nèi)控樣1、內(nèi)控樣2和對比樣化學(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。

2. 性能測試

2.1 力學(xué)性能測試

力學(xué)性能分別檢測1#～8#HRB500E鋼筋試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、屈屈比和屈強(qiáng)比，檢測方法參照GB/T 1499.2—2018要求執(zhí)行，檢測結(jié)果如表5所示，表中${\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">?</span>}}_{\text{<span style="font-size:16px;">eL</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0</span>}}$和${\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">?</span>}}_{\text{<span style="font-size:16px;">m</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">0</span>}}$分別為屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的實測值。從表5可以看出，1#～8#HRB500E鋼筋試樣力學(xué)性能均符合國標(biāo)要求，且1#～7#試樣各項性能均大幅優(yōu)于8#試樣，說明本文通過采用優(yōu)選的化學(xué)成分設(shè)計和熱處理工藝對鋼筋力學(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)。

2.2 沖擊性能測試

沖擊性能測試方法是將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，試驗結(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)。

3. 結(jié)論

（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