沙钢600MPa 级抗震螺纹钢筋开发.pdfVIP

沙钢600MPa 级抗震螺纹钢筋的开发 目前我国正处于城镇化建设的关键阶段，随着大批市政基础设施 的兴建，螺纹钢市场展现了巨大的发展前景。而国内市场中低级别二 级钢筋所占比重较大，三级以上螺纹钢的应用程度较低，落后于国外 螺纹钢的发展水平，在建筑安全，节能降耗等方面带来不利影响，严 重制约着建筑行业的发展。钢铁“十二五”规划中明确提出了“400MPa 及以上高强度螺纹钢筋比例超过80%”的目标，预计今后几年HRB400 及以上产品的产量将大幅增加。GB 1499.2 新标准中将增加600MPa 级钢筋HRB600，将该标准提高到国际先进水平，为钢筋的高强化指明 了方向，同时也为钢筋的研发指明了方向，高强度钢筋不仅能减少钢 筋使用量，降低建筑本身承重，同时可减轻钢厂盲目追求产量带来的 环境污染等问题。 与此同时，近年来我国地震频发且灾情严重，四川汶川、雅安地 震，甘肃玉树、定西地震都给当地人民带来了巨大的生命和财产损失， 而建筑物坍塌是地震中危及人民生命财产安全的重要因素。众所周知， 钢筋的抗震性能是混凝土建筑抵御地震的关键保证，所以研发生产一 种强度高，抗震性能好的螺纹钢筋成为迫切需求。正是基于上述需求， 江苏沙钢集团开发了600MPa 级抗震螺纹钢筋产品。 1 成分设计 材料的强化方式包括沉淀析出强化、细晶强化、相变强化、固溶 强化、位错及亚晶强化等。细晶强化是钢主要的强化方式之一，同时 也是大幅度提高钢材韧性的主要韧化方式。细晶强化之所以可提高强 度主要是由于位错除克服晶格阻力、滑移面上杂质原子对位错的阻力 外，还需克服晶界阻力，而晶界原子排列紊乱，晶界两边晶粒取向不 同，因此晶粒愈小，晶界就愈多，而晶界阻力愈大。固溶强化通过溶 质原子溶入铁的基体中，造成晶格畸变，从而使基体强度提高，以及 溶质原子与运动位错相互作用，阻碍位错运动，提高强度，常见的固 溶元素有C、Si、Mn、P 等。析出沉淀强化依靠细小的沉淀物分散于 基体中，阻碍位错运动，而产生强化作用。相变强化是通过相变产生 不同的相而产生的强化效应。螺纹钢组织为铁素体、珠光体组织，结 合冷床空冷的生产特点，相变强化作用不明显，主要可通过细晶强化、 固溶强化和析出沉淀强化等手段来提高强度。 铌、钒、钛为常用的微合金化元素，可通过析出沉淀强化、细晶 强化、固溶强化提高钢材基体强度，高强度螺纹钢同样需引入微合金 化元素，但结合不同合金元素的强化机理，加入量有所不同。铌的碳 氮化物在1200℃以上时能大部分溶解于奥氏体中，钒的碳化物在900℃ 以上即可完全溶于奥氏体，而钛的溶解温度最高，1250℃以上仍存在 稳定细小的颗粒。钢筋的生产工艺条件决定铌难以发挥其细晶强化效 果，但铌的析出也有较强的沉淀强化作用。在形成碳化钛之前，钛首 先与氧、硫、氮结合为化合物，因此钢中钛含量的稳定控制较为困难， 可利用细小的氮化钛改善焊接性能。钒的溶解度高，在奥氏体向铁素 体转变过程中可形成大量的碳氮化钒的析出物，尤其适合钢筋这种轧 制速度快，轧制温度高的生产特点。因此螺纹钢的合金成分设计应在 碳、硅、锰等元素的基础上，加入适量微合金元素，并且以钒为主， 辅以少量的铌和钛。 2 实验室研究 沙钢根据螺纹钢轧制特点和合金元素强化机理设计了7 种成分 的试验钢，如表1 所示，并开展了显微组织与力学性能实验研究，对 合金元素的作用以及相关工艺的影响进行了全面的分析。 1-7 号试验钢是用实验室真空感应炉冶炼的80kg 小钢锭，将小 钢锭加热锻造成 150mm×150mm的方锭，并焊接至车间生产的HRB400 方坯尾部。然后按照一定生产工艺在车间轧制成公称直径为25mm 的 螺纹钢棒。 对螺纹钢试样进行切割镶样，研磨抛光之后采用4% 的硝酸酒精 溶液进行浸蚀，采用Zeiss光学显微镜进行金相观察，根据国家标准 GB/T 228.1-2010 《金属材料室温拉伸试验第1 部分：室温试验方法》 从钢筋上截取500-600mm 试样进行拉伸试验。力学性能结果显示，1、 2 号钢的屈服强度达到了500MPa 以上，3-7 号钢的屈服强度则达到 了600MPa 以上，同时强屈比满足大于等于1.25 的要求。可见，通过 添加适量的Nb、V、Ti 等合金元素，屈服强度能够达到600MPa以上。 对比分析结果显示，在提高强度的作用方面，V 起到了主要作用，而 Nb 和Ti 的作用并不明显。 与车间生产的螺纹钢相比，利用实验室真空冶炼炉生产的小钢锭 在成分相同的情况下也存在塑性偏低的问题，这主要是