低成本抗震钢筋的研究与开发

284低成本抗震钢筋的研究与开发【摘要】介绍了达钢公司通过高炉炼铁配加10～15%钒钛矿，优化炼钢、轧钢优化生产工艺，控制好中间包温度、拉速、矫直温度、开轧温度、终轧温度、自回火温度等参数，生产出性能优良的抗震钢筋。【关键词】抗震钢筋工艺优化工艺参数性能1.前言2008年6月，达钢公司试生产了Φ12、Φ25、Φ32mm规格的HRB335E、HRB400E、HRB500E抗震钢筋。经公司内部检测各项指标完全符合GB1499.2-2007标准的要求，并送国家建筑钢材质检中心作型式检验。2008年7月20日，达钢抗震钢筋通过了全国工业产品生产许可证办公室建筑钢材质检中心热轧带肋抗震钢筋审查组的现场审查。2008年8月25日，获得全国首批企业由国家技术监督局颁发的《抗震钢筋生产许可证》。2008年9月5日，Φ18～Φ25mm抗震钢筋形成了批量生产，投入市场，深受用户的欢迎和好评，并取得了良好的经济效益和社会效益。2.生产工艺及设备2.1生产工艺流程主要工艺流程：80吨氧气顶底复吹转炉→吹氩→连铸→热送→加热→轧制→控制冷却→步进式冷床→冷剪→成品检验→收集、打包→称重→吊牌→入库2.2主要设备80吨氧气顶底复吹转炉1座，全弧形R9m6机6流连铸机1套，18架平一立交替布置全连轧生产线。轧钢生产线的控制冷却设备为为二段横移小车式，总有效长度18.80米。3.抗震钢筋的技术要求及特点3.1抗震钢筋对化学成分及性能的要求（内控标准）HRB335E、HRB400E、HRB500E的化学成分及性能要求见表1。表1HRB335E、HRB400E、HRB500E的化学成分及性能要求（内控标准）牌号化学成分（质量分数）/%性能CSiMnS、PVNbCeqReL/MPaRm/MPaA/%Agt/%冷弯180°不小于公称直径d弯心直径HRB335E0.17～0.250.30～0.800.90～1.60≤0.045//0.37～0.5234546517106～253d28～404dHRB400E0.17～0.250.30～0.801.20～1.60≤0.045/≥0.0060.37～0.54410550166～254d28～405dHRB500E0.17～0.250.30～0.801.20～1.60≤0.0450.09～0.14/0.37～0.55510640156～256d28～407d3.2抗震钢筋技术特点钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比R°m/R°eL不小于1.25。钢筋实测屈服强度与国标1499.2-2007表6规定的屈服强度特征值之比R°eL/ReL不大于1.30。钢筋的最大力总伸长率Agt不小于2859%（注：R°m为钢筋实测抗拉强度；R°eL为钢筋实测屈服强度）。3.3抗震钢筋的其它要求结合达钢的实际情况，抗震钢筋的批量生产对连铸坯的钢组、钢材规格和产量等有明确要求及计划。具体要求如下：(1)不同钢组的连铸坯生产不同规格的抗震钢筋，达钢的HRB335E、HRB400E连铸坯按碳当量不同可分为3组钢坯。HRB500E不分组按炉组坯轧制。HRB335E-2和HRB400E-2碳当量符合要求且碳含量不得低于0.19%，HRB335E-3和HRB400E-3碳当量符合要求且碳含量不得低于0.20%。各组钢坯的碳当量冬季、夏季不同。HRB335E-1和HRB400E-1组轧制Φ12～Φ14mm，HRB335E-2和HRB400E-2组轧制Φ12～Φ25mm，HRB335E-3和HRB400E-3组轧制Φ12～Φ32mm。(2)炼钢工序开新炉前和新钢包第1炉不得冶炼HRB335E-3和HRB400E-3。六机六流连铸机中包第一炉每流的前1支和中间包浇注末期逐渐堵流，最后两流各1支，出钢温度大于1720℃，调质未达到要求，中包液面低于300mm、As高等符合成分要求的钢改判为HRB335-1或HRB400-1组。(3)钢中残余元素铬应不大于0.30%，镍应不大于0.05%，铜应不大于0.15%，钼应不大于0.05%，砷应不大于0.06%。(4)化学成分1样S、P不合格，查2样或割坯样合格的判为HRB335-1或HRB400-1组；C、Mn、Si等其它成分查1样不合格，根据2样的结果，判定相关组级。(5)抗震钢筋用150mm×150mm方坯尺寸及允许偏差及质量要求见表2。表2150mm×150mm方坯尺寸和允许偏差及质量要求公称边长/mm边长允许偏差/mm对角线长度差/mm切斜/mm鼓肚/mm弯曲度150×150±4.0≤12≤12≤4≤总长度的2%(6)抗震钢筋内径控制尺寸及冷检样板尺寸按企业内控标准执行，但重量偏差应符合GB1499.2-2007规定。(7)轧制抗震钢筋时，为保证钢材的性能及降低硅锰合金、Nb、V含量。单线及二切分轧制必须采用控制冷却，确保3#飞剪剪切温度在750℃以下。(8)抗震钢筋的标识执行公司内控标准，该标准规定了连铸坯标识、传票标识、产品标识。按国标GB1499.2-2007要求，只是在成捆的钢材上挂吊牌和质量证明书上加以明识，并无强制要求每一根抗震钢筋上做上标识。为了区分抗震钢筋与普通钢筋，达钢生产的抗震钢筋在每一支钢筋都含有“E”字标识，如E3DG20。4.抗震钢筋的试制及批量生产4.1抗震钢筋的生产工序控制(1)炼铁、炼钢工序控制为了提高钢材的性能，降低生产成本。在高炉炼铁生产环节，配加了10～15%钒钛磁铁矿。并且要求生产抗震钢筋时铁水质量（特别S、P含量控制）应满足炼钢生产的要求。炼钢工序严格按工艺规定要求组织生产，特别是要求80t转炉调质吹氮时间应不小于6分钟。中间包温度1535℃～1550℃，拉速2.0～2.6m/min，二冷水的配水量1.3升/公斤左右，矫直温度大于900℃，保护渣要分小包装并保持干燥等措施来减少连铸坯内部夹杂、皮下气泡、中心缩孔、中心裂纹、角部裂纹等缺陷。(2)轧钢工序控制轧钢厂应严格控制加热温度、开轧温度、终轧温度、自回火温度。一般情况下，加热温度控制为1100～1250℃，开轧温度1050℃～1150℃,终轧温度1050℃～1160℃，自回火温度800℃～850℃，特别是生产HRB400E、HRB500E钢筋更应重视和控制关键点的温度范围。生产抗震钢筋轧后采用控制冷却工艺，可大幅286度提高钢筋的强度、冲击韧性和塑性及抗震性能。试制生产抗震钢筋时，控制冷却工艺参数：总水量100～150m3/h，各线控制阀开启度8～15%，水压0.6～0.9Mpa，循环水温度40～50℃，自回火温度900～950℃。前期批量生产抗震钢筋控制冷却工艺参数：总水量250～300m3/h，各线控制阀开启度10～20%，水压0.7～1.1Mpa，循环水温度35～45℃，自回火温度800～850℃。但以后的批量生产抗震钢筋，在炼钢的合金用量不断下降而钢材性能要求不下降的情况下，应加大控制冷却的能力。摸索和掌握低成本抗震钢筋的控制冷却参数，如冷却速度（或冷却时间）、冷却水量和压力、自回火温度变化范围以及对ReL、Rm、A、Agt的影响规律。(3)主要职能部门控制生产管理部对生产的抗震钢筋连铸坯及钢材应单独分类堆放，以避免与普通热轧钢筋的混淆。技术质量部的各质量检验站应严格工艺技术质量监督和检验。4.2试制抗震钢筋的化学成分与性能2008年6月初试制成功了HRB335E、HRB400EΦ12、Φ25㎜规格，HRB500EΦ12、Φ32㎜规格。2008年9月5日开始了Φ18～Φ25㎜规格抗震钢筋的批量生产。试生产抗震钢筋的化学成分及性能见表3。表3试生产抗震钢筋的化学成分及性能牌号规格/mm序号化学成分/%性能CSiMnPSCeqReL/MPaRm/MPa强屈比屈屈比伸长率/A%总伸长率Agt/%HRB335EΦ1210.210.221.050.0350.0380.394355601.281.2828.5011.5020.210.211.020.0340.0380.384155651.361.2326.5011.5030.210.221.030.0330.0380.384055551.371.203010.50Φ2510.200.381.150.0420.0360.393705401.461.1026.5012.5020.220.381.140.0370.0390.0423905551.421.1625.5014.5030.200.351.140.0420.0350.403855401.401.1526.5014.0HRB400EΦ1210.240.361.300.0410.04470.465156651.301.282810.5020.230.361.290.0390.04340.455106551.281.2726.5011.5030.230.381.270.0380.04470.445156601.271.2827.5014.0Φ2510.250.391.260.0310.0420.464856451.341.2119.2012.020.2480.391.260.0320.0430.464756351.331.1920.013.030.250.401.280.0340.0430.464756351.341.1919.2012.0287HRB500EΦ1210.230.4031.350.4380.0370.465957551.271.19231020.230.3911.310.04310.0380.455907501.271.1522.5011.5030.230.3911.330.04340.0380.455907601.291.182310Φ3210.240.3981.330.02470.0350.475456901.261.0918.5010.5020.220.3881.300.02450.0360.445406801.261.071910.5030.230.3951.320.02550.0360.455356801.261.0719115.抗震钢筋的效果及效益通过对炼铁、炼钢、轧钢及关键职能部门的严格控制，达钢在抗震钢筋的研究和开发上，摸索出一条既可降低生产成本，又能保证抗震钢筋的性能。在四川省和西南地区钢筋市场占有一定的优势，并深受用户的好评。现阶段，抗震钢筋生产和销售数量受市场需求、价格变化、国家产业政策等多因素的影响。至2008年底，达钢可生产、销售5～10万吨抗震钢筋，占钢筋生产总量5～10%。据公司财务预测，在不增加生产成本前提下，每吨抗震钢筋创效益50～80元。因此，生产抗震钢筋可年创效益：50000×60=300万元。6.结语(1)高炉冶炼配料添加一定比例的钒钛矿，有助于提高钢材的性能。(2)不断的优化和完善炼钢工艺，合理控制拉速、中间包温度、二冷水配水量、矫直温度及调质吹氮时间，正确使用保护渣是减少连铸坯内部夹杂、皮下气泡、中心缩孔、中心裂纹、角部裂纹等缺陷的关键所在。(3)合理控制开轧温度、终轧温度、自回火温度是保证抗震钢筋性能的关键。(4)通过对抗震钢筋的成分、轧制和快速冷却工艺的调整，可以生产出成本较低而性能优良的抗震钢筋。(5)摸索和掌握炼钢降合金量与轧钢实施控制冷却能力的匹配及控制冷却工艺的水量、压力、冷却速度（或冷却时间）、自回火温度等参数合理范围，是后继炼、轧工序工作的重点。