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摘要：5.12汶川地震后，建筑业的主体材料螺纹钢筋的抗震性能已得到广泛关注，而现代超高层建筑的迅猛发展，对螺纹钢筋的强度、韧性、焊接、抗震等性能指标均提出了较高要求，开发高等级抗震钢筋与世界接轨是我国的必经之路，也是企业的发展方向。
关键词：HRBF500E抗震螺纹钢筋；钒铌复合强化；控轧控冷；强屈比：最大力总伸长率
1.概述
HRB500钢筋是目前国内强度级别最高的热轧钢筋，按钢筋性能指标分为普通钢筋（HRB500）、抗震钢筋（HRB500E）、细晶粒抗震钢筋（HRBF500E）。HRB500E钢筋对强度、韧性、焊接、抗震等性能指标均提出了较高要求，其主要技术难点是如何实现高强度、高韧性指标的合理匹配。
2 HRB500E热轧带肋钢筋的技术要求
国家标准GB1499.2-2007第二部分 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋中，HRB335E是热轧带肋钢筋的牌号，其含义：H、R、B、F分别为热轧（Hot rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）、细（Fine）500为屈服点最小值（单位：Mpa），其技术要求如下：
2.1牌号与化学成份
钢的化学成分符合表1的规定，其化学成份和碳当量（熔炼分析）应不大于表1规定值，根据需要，钢中还可加入V、Nb、Ti等元素。
3 研制方针及成分设计
3.1 研制方针
经大量HRB400E生产经验表明，虽然采用目前流行的穿水冷却工艺，可有效的提高钢筋力学性能，但不能保证钢筋的强屈比及时效敏感性，并且基体组织与国标不符，为此设立研制方针如下；
3.1.1 采用微合金强化确保HRBF500E各规格螺纹钢筋屈服强度达到520Mpa以上，最大力总伸长率达到10%以上，其它机械性能指标符合国家标准。
3.1.2 采用控轧控冷工艺细化钢中组织，钢中组织形态为铁素体加珠光体，肋部允许有少量的回火马氏体，基圆回火组织出现，各规格螺纹钢晶粒度不低于9.5级。
3.1.3 细化各规格内控成分范围，明确各规格微合金元素控制范围，确定炼、轧钢工艺路线。
3.2 成分设计
3.2.1 通过大量HRB400试验证明，采用低合金成分，依靠穿水冷却工艺生产抗震钢筋，虽能有效细化组织晶粒，但不能有效保证钢筋的强屈比。在钢中加入约0.07%的V，大规格螺纹钢组织晶粒基本达到8.5级，其与加入0.1%的V，在屈服强度、晶粒度上并没有明显差别，为此轧钢采用控轧控冷工艺，配合微合金强化来解决高强度、高韧性指标的配置问题。
3.2.2 晶粒细化是不同强化机制中唯一既能提高强度又能降低脆性温度的方法。经HRB400钢筋试验表明，在钢中加入约0.03%的Nb，能显著延迟奥氏体再结晶，细化晶粒；并可将其完全再结晶所需的最低温度提高到约950度，降低轧机负荷，故选用Nb进行复合微合金化。
3.2.3 V和Nb均具有很强的析出强化作用。由于Nb在0.04%一下能降低脆性转变温度，而V不论含量多少都将提高脆性转变温度。故应使V、Nb达到合适比例，从而在现有工艺下不改变脆性转变温度。
3.2.4 为保证V、Nb的有效收得率，在采用复合脱氧剂进行脱氧后，采用LF炉进一步脱氧，脱硫来提高钢水洁净度。为此初步确定分规格HRB500E化学成分如表3。
4 生产工艺及控制
4.1 工艺路线
HRB500E钢筋的主要工艺路线：高炉铁水→铁水与处理→60t转炉→出钢脱氧合金化→LF精炼炉→方坯连铸→加热炉加热→平立式连轧机组→倍尺剪切→冷床→定尺→打包→入库。
4.2 炼钢工艺
4.2.1 转炉吹炼
转炉吹炼过程采用顶、底复吹方式，顶吹氧气工作氧压0.85～0.95Mpa；氧气流量16000～17000m3/h；供氧强度3.5～3.8Nm3/（t.min）；纯供氧时间13～16分钟，底吹氩气压力：0.3～1.3Mpa、底吹流量：50～120m3/h；顶吹氧气采用恒压变枪操作，合理控制顶吹氧气压力和氧枪枪位以有效地调节于控制熔池的搅拌效果，以达到吹炼平稳、冶炼时间短、脱碳、降硅，并去除钢中有害成分和杂物，保证钢水洁净。
4.2.2 出钢过程
出钢过程中加入硅锰合金、复合脱氧剂、碳化硅进行脱氧合金化。全程吹氩均匀成分，促进夹杂物上浮。
4.2.3 LF精炼炉
通过电极加热升温3～5℃/Min，吹氩搅拌0.3～1.3 Mpa，加精炼渣1.5～2.0kg/t、石灰2.0～3.0 kg/t、SiC0.3～0.5 kg/t、电石0.2～0.3 kg/t造白渣，加入钒铁、铌铁进行微合金调控，进行精炼脱硫，最终使钢水中的硫含量≤0.006%；再进行钢水钙处理，硅钙线加入量2.67m/t，硅钙线加完后软吹6～10分钟，通过钙处理保证钙铝比在0.1～0.15、钙硫比>0.3，使夹杂物充分上浮，改变夹杂物的存在形态，降低钢渣熔点，提高钢水流动性，改善钢水的浇注性能，提高钢水的质量。
4.2.4 连铸
采用钢包保护浇注，以降低酸溶铝损失确保钢水质量。
4.3 轧钢分规格工艺
（Ⅰ）：轧制规格为Φ12～Φ18规格
炼钢熔炼成分：C：0.20～0.25wt%，Si：0.40～0.7wt%，Mn：1.30～ 1.55wt%，Nb：0.010～0.020wt%，V：0.05～0.06 wt %，S≤0.045wt%，P≤0.045wt%，小方坯连铸，热送温度750℃±50℃。
轧钢控制；加热温度1230±50℃，粗、中、精轧奥氏体再结晶型控轧控冷，在900℃±50℃终轧，轧后微穿水，红钢上冷床温度830℃±20℃，自然冷却至室温。
（Ⅱ）：轧制规格为Φ20～Φ32规格。
炼钢熔炼成分：C：0.20～0.25wt%，Si：0.40～0.7wt%，Mn：1.30～ 1.55wt%，Nb：0.020～0.030wt%，V：0.06～0.08 wt %，S≤0.045wt%，P≤0.045wt%，小方坯连铸，热送温度750℃±50℃。
轧钢控制；加热温度1230±50℃，粗、中、精轧奥氏体再结晶型控轧控冷，在900℃±50℃终轧，轧后微穿水，红钢上冷床温度830℃±20℃，自然冷却至室温。
5 生产效果对比
5.1 机械性能
本次生产涉及5种规格，冶炼12炉，共计840吨余吨，机械性能各项指标如表4。
5.2 金相检验
在试验炉次中共抽取5组试样进行金相检验，其组织为铁素體+珠光体。小规格（Φ16）试样其平均晶粒度达到10级。其中大规格螺纹钢（Φ28、Φ50）平均晶粒度达到9.5级。下图中分别放大100、500倍及1000倍金相组织。
7 结论
（1）采用钒铌复合微合金化生产HRB500E抗震钢筋，可有效保证钢筋的强屈比、最大力总伸长率等硬性指标。
（2）与之配合的控轧控冷工艺，可使晶粒度等级提高1级以上为后续HRB500E低成本开发铺路搭桥。
（3）积累经验为后续的俄标A500C、A600C及英标460B等以上高等级螺纹钢开发积累经验，为后续市场开发铺路搭桥。
（4）大规格HRB500E（32—50规格）国内很少企业生产，东北地区无，可填补国内及东北地区市场
参考文献：
连续出版物：
[1]张英，V-Nb微合金化HRB500钢筋的试制 J.轧钢，2007，24（6）：3。
[2]王晓钢，齐海超。低碳钢微合金控轧过程中的显微组织J。物理测试。2006，24（1）：24～27。
[3]张立新，符仁钰。HRB335和HRB400钢筋的控轧控冷工艺研究J。上海金属。2006，28（6）46
关键词：HRBF500E抗震螺纹钢筋；钒铌复合强化；控轧控冷；强屈比：最大力总伸长率
1.概述
HRB500钢筋是目前国内强度级别最高的热轧钢筋，按钢筋性能指标分为普通钢筋（HRB500）、抗震钢筋（HRB500E）、细晶粒抗震钢筋（HRBF500E）。HRB500E钢筋对强度、韧性、焊接、抗震等性能指标均提出了较高要求，其主要技术难点是如何实现高强度、高韧性指标的合理匹配。
2 HRB500E热轧带肋钢筋的技术要求
国家标准GB1499.2-2007第二部分 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋中，HRB335E是热轧带肋钢筋的牌号，其含义：H、R、B、F分别为热轧（Hot rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）、细（Fine）500为屈服点最小值（单位：Mpa），其技术要求如下：
2.1牌号与化学成份
钢的化学成分符合表1的规定，其化学成份和碳当量（熔炼分析）应不大于表1规定值，根据需要，钢中还可加入V、Nb、Ti等元素。
3 研制方针及成分设计
3.1 研制方针
经大量HRB400E生产经验表明，虽然采用目前流行的穿水冷却工艺，可有效的提高钢筋力学性能，但不能保证钢筋的强屈比及时效敏感性，并且基体组织与国标不符，为此设立研制方针如下；
3.1.1 采用微合金强化确保HRBF500E各规格螺纹钢筋屈服强度达到520Mpa以上，最大力总伸长率达到10%以上，其它机械性能指标符合国家标准。
3.1.2 采用控轧控冷工艺细化钢中组织，钢中组织形态为铁素体加珠光体，肋部允许有少量的回火马氏体，基圆回火组织出现，各规格螺纹钢晶粒度不低于9.5级。
3.1.3 细化各规格内控成分范围，明确各规格微合金元素控制范围，确定炼、轧钢工艺路线。
3.2 成分设计
3.2.1 通过大量HRB400试验证明，采用低合金成分，依靠穿水冷却工艺生产抗震钢筋，虽能有效细化组织晶粒，但不能有效保证钢筋的强屈比。在钢中加入约0.07%的V，大规格螺纹钢组织晶粒基本达到8.5级，其与加入0.1%的V，在屈服强度、晶粒度上并没有明显差别，为此轧钢采用控轧控冷工艺，配合微合金强化来解决高强度、高韧性指标的配置问题。
3.2.2 晶粒细化是不同强化机制中唯一既能提高强度又能降低脆性温度的方法。经HRB400钢筋试验表明，在钢中加入约0.03%的Nb，能显著延迟奥氏体再结晶，细化晶粒；并可将其完全再结晶所需的最低温度提高到约950度，降低轧机负荷，故选用Nb进行复合微合金化。
3.2.3 V和Nb均具有很强的析出强化作用。由于Nb在0.04%一下能降低脆性转变温度，而V不论含量多少都将提高脆性转变温度。故应使V、Nb达到合适比例，从而在现有工艺下不改变脆性转变温度。
3.2.4 为保证V、Nb的有效收得率，在采用复合脱氧剂进行脱氧后，采用LF炉进一步脱氧，脱硫来提高钢水洁净度。为此初步确定分规格HRB500E化学成分如表3。
4 生产工艺及控制
4.1 工艺路线
HRB500E钢筋的主要工艺路线：高炉铁水→铁水与处理→60t转炉→出钢脱氧合金化→LF精炼炉→方坯连铸→加热炉加热→平立式连轧机组→倍尺剪切→冷床→定尺→打包→入库。
4.2 炼钢工艺
4.2.1 转炉吹炼
转炉吹炼过程采用顶、底复吹方式，顶吹氧气工作氧压0.85～0.95Mpa；氧气流量16000～17000m3/h；供氧强度3.5～3.8Nm3/（t.min）；纯供氧时间13～16分钟，底吹氩气压力：0.3～1.3Mpa、底吹流量：50～120m3/h；顶吹氧气采用恒压变枪操作，合理控制顶吹氧气压力和氧枪枪位以有效地调节于控制熔池的搅拌效果，以达到吹炼平稳、冶炼时间短、脱碳、降硅，并去除钢中有害成分和杂物，保证钢水洁净。
4.2.2 出钢过程
出钢过程中加入硅锰合金、复合脱氧剂、碳化硅进行脱氧合金化。全程吹氩均匀成分，促进夹杂物上浮。
4.2.3 LF精炼炉
通过电极加热升温3～5℃/Min，吹氩搅拌0.3～1.3 Mpa，加精炼渣1.5～2.0kg/t、石灰2.0～3.0 kg/t、SiC0.3～0.5 kg/t、电石0.2～0.3 kg/t造白渣，加入钒铁、铌铁进行微合金调控，进行精炼脱硫，最终使钢水中的硫含量≤0.006%；再进行钢水钙处理，硅钙线加入量2.67m/t，硅钙线加完后软吹6～10分钟，通过钙处理保证钙铝比在0.1～0.15、钙硫比>0.3，使夹杂物充分上浮，改变夹杂物的存在形态，降低钢渣熔点，提高钢水流动性，改善钢水的浇注性能，提高钢水的质量。
4.2.4 连铸
采用钢包保护浇注，以降低酸溶铝损失确保钢水质量。
4.3 轧钢分规格工艺
（Ⅰ）：轧制规格为Φ12～Φ18规格
炼钢熔炼成分：C：0.20～0.25wt%，Si：0.40～0.7wt%，Mn：1.30～ 1.55wt%，Nb：0.010～0.020wt%，V：0.05～0.06 wt %，S≤0.045wt%，P≤0.045wt%，小方坯连铸，热送温度750℃±50℃。
轧钢控制；加热温度1230±50℃，粗、中、精轧奥氏体再结晶型控轧控冷，在900℃±50℃终轧，轧后微穿水，红钢上冷床温度830℃±20℃，自然冷却至室温。
（Ⅱ）：轧制规格为Φ20～Φ32规格。
炼钢熔炼成分：C：0.20～0.25wt%，Si：0.40～0.7wt%，Mn：1.30～ 1.55wt%，Nb：0.020～0.030wt%，V：0.06～0.08 wt %，S≤0.045wt%，P≤0.045wt%，小方坯连铸，热送温度750℃±50℃。
轧钢控制；加热温度1230±50℃，粗、中、精轧奥氏体再结晶型控轧控冷，在900℃±50℃终轧，轧后微穿水，红钢上冷床温度830℃±20℃，自然冷却至室温。
5 生产效果对比
5.1 机械性能
本次生产涉及5种规格，冶炼12炉，共计840吨余吨，机械性能各项指标如表4。
5.2 金相检验
在试验炉次中共抽取5组试样进行金相检验，其组织为铁素體+珠光体。小规格（Φ16）试样其平均晶粒度达到10级。其中大规格螺纹钢（Φ28、Φ50）平均晶粒度达到9.5级。下图中分别放大100、500倍及1000倍金相组织。
7 结论
（1）采用钒铌复合微合金化生产HRB500E抗震钢筋，可有效保证钢筋的强屈比、最大力总伸长率等硬性指标。
（2）与之配合的控轧控冷工艺，可使晶粒度等级提高1级以上为后续HRB500E低成本开发铺路搭桥。
（3）积累经验为后续的俄标A500C、A600C及英标460B等以上高等级螺纹钢开发积累经验，为后续市场开发铺路搭桥。
（4）大规格HRB500E（32—50规格）国内很少企业生产，东北地区无，可填补国内及东北地区市场
参考文献：
连续出版物：
[1]张英，V-Nb微合金化HRB500钢筋的试制 J.轧钢，2007，24（6）：3。
[2]王晓钢，齐海超。低碳钢微合金控轧过程中的显微组织J。物理测试。2006，24（1）：24～27。
[3]张立新，符仁钰。HRB335和HRB400钢筋的控轧控冷工艺研究J。上海金属。2006，28（6）46