冯 宝， 杨其敏， 邱卫锋， 叶德新

（宝武集团广东韶关钢铁有限公司， 广东 韶关 512123）

随着我国经济发展步入结构优化、动力转换的新常态，我国钢铁行业在结构调整和需求升级方面也遇到了新的机遇。为了提高建筑物的使用年限，同时减少钢材用量，我国全面普及使用400 MPa级钢筋，推广使用500 MPa及以上高强钢筋。HRB400E是带抗震作用的400 MPa级钢筋，比普通钢筋的延展性更好，从而能够更好地保证重要结构构件在地震时具有足够的塑性变形能力和耗能能力，从而提高了建筑物抵抗地震的能力。抗震钢筋屈服强度不能过高，需满足钢筋的实测屈服强度与标准规定的屈服强度特征值之比，比值不大于1.30（400 MPa级钢筋屈服强度实测值不大于520 MPa）的要求。为稳定控制钢筋屈服强度，目前较为普遍的生产控制方法是微合金化生产。

1 生产工艺流程和存在问题

1.1 生产工艺流程

宝武集团广东韶关钢铁有限公司（以下简称韶钢）盘螺HRB400E的生产工艺流程为：顶底复吹转炉冶炼→氩站处理→（LF炉外精炼）→方坯连铸机浇注→铸坯验收→铸坯红送/冷装→钢坯入加热炉加热→高线控轧控冷→精整→成品检验→打包→称质量→材料入库。

工艺流程说明：为了稳定盘螺各部分的性能，提高盘螺通条性，需确保钢水成分的均匀性，炼钢单位在氩站处理工序补加合金（包括碳粉）、降温料后吹氩时间应适当延长，确保所加合金全部溶解并在钢液中分布均匀。LF炉外精炼为非必须流程，如因调整成分需要或者生产节奏需要钢水经过LF炉外精炼流程，需严格控制低吹氩气流量，避免钢水裸露，并在电弧的作用下异常吸氮。

1.2 存在的问题

某客户反映，从韶钢采购的某检验批（检验批号：Z79068560）10 mm规格HRB400E盘螺经现场检测屈服强度偏高，工地无法正常使用，需更换相应质量的钢材避免影响工期。具体检测性能结果和标准要求如表1所示。

表1 盘螺HRB400E力学性能

从表1可以看出，该批盘螺HRB400E的屈服强度高出标准规定的范围，其他指标如抗拉强度等满足技术条件要求。伸长率和最大力总伸长率余量较大，说明此批盘螺韧性较好。由表1数据可以计算出该批钢筋强屈比为1.33也满足标准要求。

2 样品检验和分析

2.1 化学成分

在螺纹钢成分体系中，对螺纹钢强度贡献大的元素分别是碳元素、硅元素、锰元素和钒元素，其中碳元素能固溶在基体中起到明显的固溶强化作用，硅元素主要是通过强化铁素体组织提高钢筋的屈服强度，锰和钒两大元素均能起到细化晶粒，提高钢材强度的作用。为此，对该批屈服强度偏高的盘螺进行化学成分检测分析，检测结果如表2所示。

表2 盘螺HRB400E化学成分 %

从表2可以看出，盘螺HRB400E的化学成分满足技术条件要求，其中碳含量和锰含量控制精确，为技术要求的中位值，影响钢材强度的另外2个元素硅元素和钒元素的含量均控制在技术要求范围的较低值，不会造成钢材强度异常升高。此外，磷和硫2个对螺纹钢有害的元素含量也控制在较低范围，所以能有效防止盘螺发生冷脆和热脆。

2.2 工艺参数分析

盘螺的轧制工艺对盘螺性能也存在很大影响，尤其是开轧温度和吐丝温度直接影响到盘螺的强度。经查验轧制检验批Z79068560的钢坯实际开轧温度、精轧机组进口温度和吐丝温度均控制在技术要求范围内。

2.3 金相分析

产品标准规定钢筋混泥土用热轧带肋钢筋的金相组织应主要是铁素体+珠光体组织，其中铁素体是软韧相，对钢材屈服强度影响不大，珠光体是渗碳体分布在铁素体上形成的组织，具有较高的强度。在屈服强度偏高的试样上取横向样做金相分析，发现钢材金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度达11级。（见图 1、图 2）。

图1 Z79068560金相组织（100×）

图2 Z79068560金相组织（500×）

从图1图2还可以看出，该批盘螺HRB400E的铁素体和珠光体分布均匀，且铁素体含量比珠光体含量高，此外钢材没有尺寸异常粗大的晶粒，表明锰钒2个元素的细晶强化效果明显。为分析晶粒度是否为引起该批盘螺HRB400E屈服偏高的主要原因，在性能合格的钢材上（检验批号：Z89001770）取样做金相组织分析进行对比。经检测屈服强度合格的盘螺HRB400E（检验批号：Z89001770）金相组织为铁素体+珠光体（见图3、图4），晶粒度也为11级。

2.4 钢材氮含量分析

盘螺HRB400E采用钒氮合金控制钢中钒含量，氮元素能优化钒元素在钢中的析出，充分发挥析出强化的作用，钢中氮含量上升会强化氮化钒析出效果，使钢筋强度升高。在屈服强度偏高（检验批号：Z79068560）和2批屈服强度合格（检验批号：Z89001770和检验批号：Z89001780）的钢材上分别取样检测氮含量并进行对比，结果如表3所示。

图3 Z89001770金相组织（100×）

图4 Z89001770金相组织（500×）

表3 盘螺HRB400E氮含量对比

从表3可以看出，屈服强度偏高的盘螺HRB 400E氮含量（质量分数）比屈服强度合格的盘螺HRB400E w（N）高出了 25×10-6。

3 讨论与分析

1）盘螺HRB400E的化学成分符合标准要求，对钢材强度有影响的元素含量均控制在中下限，屈服强度异常偏高并非成分原因造成。

2）盘螺HRB400E的金相组织主要是铁素体加珠光体，并且铁素体含量大，也不存在影响影响盘螺HRB400E使用性能的其他组织，此外屈服强度偏高和屈服强度正常的钢材金相组织和晶粒度无明显区别，由此可知屈服强度异常偏高也非组织原因造成。

3）屈服强度偏高的盘螺HRB400E钢中氮含量比性能正常的HRB400E钢中氮含量（质量分数）高出25×10-6，使钢的析出强化加强[1]，钢筋强度显著增大，超出标准值。同时V（CN）的析出也有细化晶粒的作用。

4 改善措施

1）严格控制出钢时间，避免出钢过程中裸露钢水长时间与空气接触吸氮，造成钢水氮含量异常增多[2]。

2）如果钢水经过LF炉处理，要合理控制氩气流量和压力，避免钢水裸露，造成吸氮。

3）连铸增氮是钢水N含量异常升高的主要原因之一，采用长水口氩封保护浇注，合理使用中包用覆盖剂和结晶器保护渣可以减少钢水异常吸氮[3]。

5 结语

盘螺HRB400E 屈服强度偏高主要是因为钢水N含量异常升高导致的，通过控制钢水出钢时间和尽量避免钢水裸露以及做好保护浇注能有效防止钢水异常增氮导致螺纹钢强度异常升高。

[1]孙凌云.钒氮合金的应用及展望[J].四川冶金，2005，27（4）：12-13.

[2]张立标.钢水过程增氮分析与控制[J].山东冶金，2011，33（3）：14.

[3]李勇.炼钢过程中钢水氮含量控制[J].钢铁，2010，45（10）：55-56.