柳州钢铁集团股份有限公司棒线型材厂 广西柳州 545002
摘要：柳钢用铌微合金强化代替钒强化，用低温轧制和快速冷却的工艺试制了HRB400E抗震盘螺。产品综合力学性能、焊接性能良好，金相组织主要为铁素体+珠光体+少量贝氏体，满足GB/T1499.2-2018对抗震钢筋的要求。
关键词：抗震盘螺;铌;微合金化;控制轧制
1、前言
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是国内外建筑工程中广泛使用的一种增强材料，应用范围广、生产量大，我国建筑用钢占钢材的消费比例约为53.3%，钢筋涉及的钢铁企业多，分布范围广。性能上其要求其既要有较高强度，又要有良好的塑韧性、可焊接性、抗震性能、粘结性等指标。生产中通常采用控轧控冷和微合金化的方法，微合金化法通常在20MnSi成分的基础上添加V，Nb，Ti等微合金元素，近年来由于钒铁合金、钒氮合金的价格持续升高，各钢厂纷纷采用Nb微合金化生产HRB400E热轧带肋钢筋。Nb微合金化连铸方坯在柳钢连续式棒材生产线上生产低生产成本的HRB400E热轧带肋钢筋产品已获得成功，为了提高坯料共用性、降低生产成本，结合自身设备特点，柳钢开展了Nb微合金化抗震盘螺的生产研究，成功生产出合格的的Φ6mm-Φ12mmHRB400E热轧带肋钢筋盘螺。
2、钢坯成分设计
Nb微合金化钢坯是在20MnSi的基础上添0.012-0.023%Nb，Nb主要以细晶强化和沉淀强化来提高强度，Nb较容易熔入钢中，也较容易从钢中析出。Nb与C，N的结合能力强，是强碳化物形成元素，其形成的Nb（C）、Nb（CN）在高温下十分稳定性，对钢的蠕变极限、持久强度、冲击韧性、脆性、临界转变温度、焊接性能等均有良好影响，还能通过固定氮消除钢中自由氮，改善韧性，消除应变时效。碳、锰的设计主要是为了保证钢种的强度，考虑钢种的焊接性能将锰和硅含量上限降低，Ceq≤0.54%，满足GB/T1499.2-2018要求。钢坯的化学成分见表1。
表1：HRB400E(Nb)钢坯化学成分
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3、轧制工艺
3.1加热工艺
加热温度对整个轧制过程影响最大，加热温度的高低直接影响了轧件原始奥氏体晶粒尺寸大小，须严格控制均热段温度。为保证Nb（CN）充分溶入奥氏体发挥其强化作用，理论上加热炉温控制在1250℃，但过高的的加热温度会造成加热炉频繁待温同时影响控轧控冷效果，结合生产线实际，各段炉气温度控制如表2.
表2加热温度（炉气）控制要求
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3.2轧制工艺
柳钢高速线材生产线，设计生产能力50万吨/年，全线Φ610×6+Φ430×4+Φ370×4+Φ285×2+Φ230×7+Φ160×5共28架轧机，高速无扭单线轧制。成品终轧速度范围15—105m/s，可生产Φ5.5mm-Φ16mm热轧圆盘条、Φ6.0mm-16mm热轧带肋钢筋盘条。铌微合金化HRB400E抗震盘螺生产所用方坯断面尺寸为1652mm×10000mm，Nb微台金化的目的是通过细晶强化和沉淀强化的作用来保证HRB400钢筋的性能。控制开轧温度、吐丝温度以及保证道次变形量和变形速率，利于细晶强化和沉淀强化作用。考虑各规格的道次、延伸及电机能力，Φ6mm-Φ12mm盘螺轧制工艺要点如下：
（1）开轧温度970-1010℃；
（2）严格控制各道次料型高度，开足冷却水；
（3）进精轧温度900-940℃；
（4）吐丝温度860-920℃，1#-3#水箱全开，根据吐丝温度各段流量；
（5）根据不同规格开启1#-6#风机，地辊速度40-42.25m/min且逐段增加。
4、试轧结果
从表3看Nb微合金化盘螺的力学性能及加工性能优于GB/T1499.2-2018规定的HRB400E级钢筋的要求，具有良好的焊接性，抗震性等特点
表3 各规格力学性能
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（1）时效分析：放置30天，各规格盘螺屈服强度下降10-20Mpa，抗
拉强度下降幅度较小不到10Mpa，Agt普遍上升2-4%；
（2）抗震性能良好，R°m/ R°eL≥1.25，R°eL/ Re L≥1.3；
（3）焊接性能良好，经搭焊检验，断裂部位远离焊缝，极限强度≥620MPa，冷弯合格。
（4）盘螺的金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，铁素体晶粒度等级为11-12级，Φ10螺金相组织如下：
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（a）1/4处500×组织 F+P （b）中心组织500× F+P+B
5、工艺优化思路
（1）各规格Nb微合金化盘螺金相组织中均有贝氏体组织，它的出现会造成盘螺表现出脆性、伸长率下降、屈服平台不明显等，吐丝温度和进保温罩温度的控制非常关键，吐丝温度过高容易导致相变点提前，铁素体晶粒尺寸变大强度降低。轧后冷却速度过快，进保温罩过低，容易产生大量的贝氏体组织。
（2）轧制速度决定变形速度，变形速度影响各道次之间的再结晶程度及终轧后的奥氏体再结晶程度。高线轧制速度较快，成品规格越小精轧机的“升温效应”越明显。在奥氏体区热变形过程中，通过控制加热温度、进精轧温度和吐丝温度等来控制Nb(CN)的析出时机，延迟奥氏体再结晶开始时间和防止二次晶粒长大，细化奥氏体晶粒，进而细化铁素体晶粒，提高钢的强韧性能。
（3）盘卷在斯太尔摩延迟性风冷线上冷却，由于两侧线材重重搭接，搭接点处温度较非搭接点处，造成盘条的冷却速度不均匀。为缩小温差可提高地辊速度或增加跌落段，利用跌落段前后地辊速度差使盘螺的搭接点产生相对的位移，均匀的冷却，提高盘螺通条性能的均匀性。
6、结论
（1）Nb微合金化盘螺的焊接性能、抗震性能、塑韧性良好，完全能满足建筑设计规范要求；
（2）含Nb钢对冷却速度非常敏感，随冷却速度增加，铁素体体积分数迅速减少，Nb降低转变温度促使贝氏体组织的形成。适当减少 Mn 含量、降低吐丝温度和冷却速度能有效控制贝氏体含量。
（3）Nb微合金化盘螺的成本优势较加V微合金化十分明显，该产品已在柳钢高线实现批量生产。