第43卷第6期辽宁科技大学学报
Vol.43No.62020年12月JournalofUniversityofScienceandTechnologyLiaoning
Dec.2020
HRB400E热轧带肋钢筋增氮强化的生产实践
康建光1，战东平2，王荣健2，杨永坤2，刘
新2，谈昕晖3
（1.无锡新三洲特钢有限公司，江苏无锡214000；2.东北大学冶金学院，
辽宁沈阳
110819；3.浙江长兴同昕炉料有限公司，浙江湖州
313100）
摘要：某特钢公司探索了微合金化+增氮强化工艺生产HRB400E热轧带肋钢筋，在减少V、Nb合金加入、降
低生产成本的同时，微观组织和力学性能均满足了新版国家标准对热轧带肋钢筋的要求。采用V微合金化+增氮强化工艺和Nb微合金化+增氮强化工艺生产的Φ18mmHRB400E热轧带肋钢筋，与原工艺相比分别节约了0.020%~0.025%V和0.012%~0.013%Nb+0.005%~0.010%V；与常规V微合金化工艺相比，V微合金化+增氮强化工艺生产的Φ18mmHRB400E热轧带肋钢筋屈服强度和抗拉强度均略有增加；与常规V-Nb复合微合金化工艺相比，Nb微合金化+增氮强化工艺生产的Φ18mmHRB400E热轧带肋钢筋抗拉强度与原工艺保持相当，而屈服强度略有增加；采用微合金化+增氮强化工艺生产的热轧带肋钢筋具有良好的铁素体+珠光体微观组织形态，未见异常组织，铁素体晶粒度均能达到11级。
关键词：HRB400E热轧带肋钢筋；增氮强化工艺；微合金化；力学性能
中图分类号：TG335.文献标识码：A文章编号：1674-1048（2020）06-0405-05DOI：10.13988/j.ustl.2020.06.002
新版国家标准GB1499.2—2018《钢筋混凝土强度8MPa，可节约20%~40%的V，有效降低钢材用钢—第2部分：热轧带肋钢筋》对热轧带肋钢筋生产成本［3-5］。目前，向钢液中增氮主要有两种方的质量提出明确要求。热轧带肋钢筋的金相组织式：一种是加入富氮合金，钢中氮质量分数较易精主要是铁素体和珠光体，不得有影响使用性能的确控制，但成本较高；另一种是吹入氮气增氮，冶其它组织存在，晶粒度为9级或更细。螺纹钢如何炼成本较低，但是钢中氮质量分数控制不稳定，且在不增加Si、Mn、Nb、V等合金成本的同时，达到易造成钢液温度降低。
国家新标准的要求是生产企业面临的新课题［1］。
某特钢公司尝试采用微合金化+增氮强化生V微合金化是发展高强度热轧钢筋的主要技产工艺，在降低生产成本的同时，充分利用合金元术路线之一，在钢液中加入适量含V合金，可以形素的沉淀析出强化作用，生产的热轧带肋钢筋可成具有强化作用的细小弥散分布的碳氮化物。研以满足国家标准的强度、韧性等性能要求。
究表明［2］，氮是含V微合金钢中十分有效的合金化元素，与V具有较强的亲和力，钢中增氮能促进含1热轧带肋钢筋生产工艺
V第二相的析出，起到细化晶粒的作用，进而改善某特钢公司采用目前螺纹钢筋生产企业普遍钢的强韧性。含V钢中每增加10×10-6的氮可提高
使用的设备和工艺，生产流程：600m3高炉铁水—
收稿日期：2020-09-24。
基金项目：国家自然科学基金（51874081）。
作者简介：康建光（1974—），男，河北石家庄人，高级工程师。通讯作者：战东平（1976—），男，黑龙江鹤岗人，教授。
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60t转炉吹炼—吹氩站—连铸—加热炉—连轧。四切分轧制，Φ16、Φ18、Φ20规格三切分轧制，Φ22转炉用铁水成分：碳质量分数4.5%~4.8%，硅质量和Φ25规格两切分轧制，Φ28规格单线轧制。步进分数0.3%~0.5%，锰质量分数0.1%~0.2%，磷、硫和式冷床下部设置风机，针对不同规格采取差异化钛质量分数分别控制在0.14%、0.05%和0.07%以的冷却速率，确保钢材组织的均匀和性能的稳定。
下。转炉出钢过程加入FeSi合金、MnSi合金、FeNb合金（或FeV合金）进行脱氧合金化，并加入2微合金化+增氮强化生产热轧带
4.5~5.0kg/t的增氮强化剂（成分为：CaO40%，肋钢筋实践结果
Al2O323%，Re25%，N10%，SiO22%），出钢全程底2.1
原工艺与新工艺生产热轧带肋钢筋成分及力吹氮气进行充分搅拌。在炉后吹氩站使用碳包芯学性能
线进行成分微调，钢水处理时间确保8min以上。原工艺包括V微合金化和V-Nb微合金化生钢包全程加盖保护，并保持18min浇注周期的快产热轧带肋钢筋，新工艺包括V微合金化+增氮强节奏生产模式，减少钢水转移和浇注过程中的温化和Nb微合金化+增氮强化生产热轧带肋钢筋。度损失，确保钢水的洁净度。
表1为原工艺和新工艺生产热轧带肋钢筋的控制加热炉预热段、加热段、开轧、上冷床温度控方式。其中V以VN16合金加入进行合金化处理，制分别为800~850、1020~1040、1000~1050、850~Nb以FeNb60合金加入进行合金化处理，N以加入900℃。采用18架Pomini平立交替连轧机组：6架特制增氮剂配合底吹氮气共同控制其质量分数。
粗轧机、6架中轧机、6架精轧机。中轧后进行预穿原工艺与新工艺生产热轧带肋钢筋成分如表水，穿水压力0.5~0.6MPa。采用精轧Ⅰ架预切分2所示。C、Si、Mn、P、S元素的质量分数控制在规和Ⅲ架切分的轧制模式，其中Φ10、Φ12、Φ14规格
定范围内，V、Nb和N的质量分数控制范围有所不表1原工艺与新工艺生产热轧带肋钢筋的控制方式
Tab.1Controlmethodsofhotrolledribbedsteelbarsproducedbyoriginalandnewprocesses
编号生产工艺V加入方式Nb加入方式
增氮强化方式
1#V微合金化VN16合金——2#V-Nb微合金化VN16合金FeNb60合金
—
3#V微合金化+增氮强化VN16合金
—特制增氮剂配合底吹氮气4#
Nb微合金化+增氮强化
—
FeNb60合金
特制增氮剂配合底吹氮气
表2原工艺与新工艺工艺生产热轧带肋钢筋成分质量分数，%
Tab.2
Chemicalcompositionsofhotrolledribbedbarsproducedbyoriginalandnewprocesses(massfraction)，%
编号CSiMnPSNbVNFe1#0.22~0.250.40~0.501.35~1.45≤—0.030~0.0400.005~0.006Bal.2#0.22~0.25≤0.045≤0.40~0.501.35~1.450.020~0.025
0.005~0.0100.004~0.005Bal.3#0.22~0.250.40~0.501.30~1.40≤0.045≤0.045—0.010~0.015
0.014~0.016Bal.4#
0.22~0.25
0.40~0.50
1.30~1.40
≤0.0450.045
≤0.045≤0.0450.045
0.008~0.012
—
0.014~0.016
Bal.
同。与原工艺V微合金化相比，采用新工艺V微Nb的质量分数减少了0.012%~0.013%，N的质量合金化+增氮强化生产时，钢筋中V的质量分数减分数增加了0.010%~0.011%，且不用加入V合金。
少了0.020%~0.025%，N的质量分数增加了0.009%每种工艺随机选择10~12炉，对原工艺和新工~0.010%。与原工艺V-Nb复合微合金化相比，采艺生产的Φ18mmHRB400E热轧带肋钢筋进行力用新工艺Nb微合金化+增氮强化生产时，钢筋中
学性能分析，结果如表3和图1所示。与原V微合
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表3
生产的热轧带肋钢筋力学性能，MPa
Tab.3
Mechanicalpropertiesofhotrolledribbedbars，MPa
编号屈服强度平均屈服强度
抗拉强度平均抗拉强度
1#435~450440.83605~620611.672#430~445438.75605~630617.923#440~455448.0610~620615.54#
440~460
450.0
605~625
617.5
图1
热轧带肋钢筋力学性能
Fig.1
Mechanicalpropertiesofhotrolledribbedbars
金化工艺相比，采用新工艺V微合金化+增氮强MPa。
化生产时，在降低V质量分数、节约生产成本的2.2热轧带肋钢筋微观组织
同时，屈服强度和抗拉强度均略高于原V微合金原工艺和新工艺生产的热轧带肋钢筋微观组化工艺产品，其中平均屈服强度高7.17MPa，平织如图2所示。新工艺生产的热轧带肋钢筋组织均抗拉强度高3.83MPa。与原V+Nb复合微合金与原工艺相同，均以铁素体和珠光体为主，未见异化工艺相比，采用新工艺Nb微合金化+增氮强化常组织，组织形态相近，珠光体和铁素体组织含量生产时，在省去V合金加入、降低Nb质量分数、节相当。随机选取两种新工艺生产的10炉热轧带肋约生产成本的同时，抗拉强度与原工艺生产的热钢筋进行铁素体晶粒度分析统计，结果如图3所轧带肋钢筋相当，而平均屈服强度增加11.25
示。两种新工艺生产的带肋钢筋均能满足新版国
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图2
两种新工艺生产的热轧带肋钢筋金相组织
Fig.2
Metallographicstructuresofhotrolledribbedsteelbarsproducedbytwonewprocesses
图3
两种新工艺生产的热轧带肋钢筋铁素体晶粒度
Fig.3
Ferritegrain-sizenumbersofhotrolledribbedsteelbarsproducedbytwonewprocesses
家标准，晶粒度等级均能达到11级，其中采用Nb降V和增N降Nb两种微合金化工艺，探索了一种微合金化+增氮强化工艺生产的钢筋晶粒度等级稳定控制钢中N含量的工艺技术，有效提高了钢比V微合金化+增氮强化工艺更为稳定。
水中N元素的质量分数，充分利用合金元素沉淀3结论
强化和细晶强化作用，实现了Ⅲ级抗震螺纹钢筋的稳定生产。
（1）某特钢公司通过在转炉出钢过程中增N
（2）采用V微合金化+增氮强化工艺和Nb微
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合金化+增氮强化工艺生产的Φ18mmHRB400E肋钢筋组织相同，均以铁素体和珠光体为主，未见热轧带肋钢筋与原V微合金化工艺和V-Nb复合异常组织。微合金化工艺相比，分别节约了0.020%~0.025%V参考文献：
和0.012%~0.013%Nb+0.005%~0.010%V。
［1］张彦辉，战东平，杨永坤，等.Ti微合金化技术在热轧带
（3）采用V微合金化+增氮强化工艺生产的Φ肋钢筋中的应用［J］.材料与冶金学报，2020，19（1）：51-18mmHRB400E热轧带肋钢筋与常规V微合金化56.
生产的热轧带肋钢筋相比，屈服强度和抗拉强度［2］ZAJACS，SIWECKT，HUTCHINSWB，etal.
均略有增加，其中平均屈服强度增加7.17MPa，平Strengtheningmechanismsinvanadiummicroalloyed均抗拉强度增加3.83MPa。
steelsintendedforlongproducts［J］.ISIJInternational，（4）采用Nb微合金化+增氮强化工艺生产的1998，38（10）：1130-1139.
Φ18mmHRB400E热轧带肋钢筋与常规V-Nb复［3］孙邦明，季怀忠，杨才福，等.V-N合金化钢筋中钒的析
合微合金化生产的热轧带肋钢筋相比，抗拉强度出行为［J］.钢铁，2001，36（2）：44-47.
与原工艺生产的带肋钢筋保持相当，而平均屈服［4］龚维幂，杨才福，张永权.钒氮钢中的晶粒细化研究［J］.
钢铁研究学报，2006，18（10）：49-53.
强度增加11.25MPa。
［5］潘涛，杨才福，龚维幂，等.V（C，N）在奥氏体中析出的动
（5）采用微合金化+增氮强化工艺生产的热轧力学行为及其对晶粒细化的作用［J］.钢铁研究学报，带肋钢筋组织与常规微合金化工艺生产的热轧带
2005，17（8）：96-101.
ProductionpracticeofHRB400Ehotrolledribbedsteelbarsstrengthened
byNitrogenenhancement
KANGJianguang1，ZHANDongping2，WANGRongjian2，
YANGYongkun2，LIUXin2，TANXinhui3
（1.WuxiXinsanzhouSpecialSteelCo.，Ltd.，Wuxi214000，China；2.SchoolofMetallurgy，NortheasternUniversity，
Shenyang110819，China；3.ZhejiangChangxingTongxinburdenCo.，Ltd，Huzhou313100，China）
Abstract：ASpecialSteelcompanyexploredtheproductionofHRB400Ehot-rolledribbedsteelbarsusingthetechniquesofmicroalloyingandnitrogenenhancement.InadditiontoreducetheVandNbadditionsandtheproductioncosts，themicrostructuresandmechanicalpropertiesofthebarsmeettherequirementsofthenewnationalstandardforhot-rolledribbedsteelbars.Comparedwiththeoriginalprocess，aΦ18mmHRB400EhotrolledribbedbarproducedbyVmicroalloying+nitrogenenhancementandNbmicroalloying+nitrogenenhancementsaves0.020%~0.025%Vand0.012%~0.013%Nb+0.005%~0.010%V，respectively.ComparedwiththeconventionalV-microalloyingprocess，theyieldstrengthandtensilestrengthofthebarproducedbyVmicroalloying+nitrogenenhancementincreaseslightly.ThebarproducedbyNbmicroalloying+nitrogenenhancementexhibitssimilartensilestrengthtothatbytheconventionalV-Nbcompositemicroalloy-ingprocess，whileitsyieldstrengthisslightlyhigher.Thebarproducedbythenewtechniquehasapreferredmicrostructureofferrite+pearlitewithoutabnormalstructure，andtheferritegrainsizenumbercanreachgrade11.
Keywords：HRB400Ehotrolledribbedbar；nitrogenenrichmentprocess；microalloying；mechanicalproper-ty
（ReceivedSeptember24，2020）
