HRB400E抗震钢筋的研制
翁鼎多墨
文章编号：１６７２—１１５２（２０１０）０５－－０００４．－－０３
山西冶置
ＳＨＡＮＸＩＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｔｏｔａｌ１２７
Ｎｏ．５，２０１０
ＨＲＢ４００Ｅ抗震钢筋的研制
许宏安
（陕西龙门钢铁（集团）有限责任公司。陕西西安７１００２１）
摘要：龙钢根据数学模型综合分析，采用微合金技术生产ＨＲＢ４００Ｅ抗震钢筋的研发过程。在国标规定的成分范围内，对ＨＲＢ４００Ｅ进行了窄成分范围设计；按钢筋规格大小采用了不同的化学成分；对不同的轧制工艺按照不同的化学成分进行控制；结果表明。开发的抗震钢筋强屈比、伸长率高，冷弯性能好。具有较好的综合性能。关键词：抗震钢筋研制工艺中图分类号：ＴＧｌ３５＋．１
文献标识码：Ａ
收稿日期：２０１０一０９—２５
随着建筑工业的迅速发展，地震多发地区的建筑物、建筑物基础工程、重点工程，高层建筑等工程结构对钢筋性能的要求越来越高，尤其是我国处于地震多发地区，抗震问题更引起普遍关注。为促进我国钢筋更新换代，进一步提高陕西龙门钢铁（集团）有限责任公司（全文简称龙钢）ＨＲＢ４００钢筋的技术含量和附加值，充分进行了市场调研，在ＨＲＢ４００钢筋的基础上，通过数学模型综合分析，在国标规定的成分范围内，对ＨＲＢ４００Ｅ进行了窄成分范围设计，按钢筋规格大小采用了不同的化学成分，并对不同的轧制工艺按照不同的化学成分进行控制，采用微合金技术研制出抗震钢筋。汶川大地震后，国内市场，特别是西南地区对抗震钢筋的需求迅速增加。龙钢立即申报抗震钢筋许可证，并经国家热轧钢筋审查部组织专家进行现场审核与抽检，各项检验结果表明，龙钢生产的ＨＲＢ４００Ｅ各种规格抗震钢筋质量稳定，性能可靠，一次性通过了国家生产许可证的审核检验，率先获得国家抗震钢筋生产许可证。
ｌ抗震钢筋的要求
Ｒ。值札不小于１．２５、钢筋实测屈服强度与规定的屈
服强度特征值之比风艘正不大于１．３０、钢筋的最大
力总伸长率Ａ。不小于９％的要求外，其他要求与相对应的已有牌号钢筋相同（注：Ｒ。为钢筋实测抗拉强度；Ｒ吐为钢筋实测屈服强度）。
提高钢筋的抗震性能，主要是考虑提高钢筋屈服强度（实测值Ｒ吐）稳定性，提高强屈比，增加钢筋在最大力下的总伸长率。提高屈服强度的稳定性，将其控制在一定的范围之内，可以使所有受力钢筋都能够比较均匀地承载力量，避免发生钢筋依次逐个断裂现象．起到抗震作用。提高钢筋抗拉强度（实测值）与屈服强度（实测值）的比值，有利于提高钢筋的安全储备，当建筑物受到地震破坏发生变形时，钢筋在延伸过程中吸收了能量而不断裂，建筑物的梁柱裂而不断，可有效地减少地震的危害。提高最大力总伸长率∞Ｊ，可以提高钢筋的整体变形能力和对地震波的吸收能力。
２抗震钢筋的研制
合理的化学成分对钢筋的性能起着重要的作用。制定ＨＲＢ４００Ｅ抗震钢筋的质量目标时依照ＧＢ１４９９．２—２００７，设计化学成分必须满足规定。通过数学模型综合分析，在国标规定的成分范围内，对ＨＲＢ４００Ｅ进行了窄成分范围设计，按钢筋规格大小采用了不同的化学成分，并对不同的轧制工艺按照不同的化学成分进行控制，综合考虑各元素在钢中的作用，使钢筋不仅能够满足强度要求，还要保证强度和塑性有较好的配合。２．１抗震钢筋的分析
２．１．１测试统计
抗震建筑钢材的基本技术条件主要应包括…：高应变低周疲劳性能要高；应变时效敏感性较低；韧脆转变温度要低；良好的可焊性；强度与塑性配比良好。
国家标准ＧＢ１４９９．２—２００７钢筋混凝土用钢第
二部分。热轧带肋钢筋第七章对抗震钢筋规定，有较高要求的抗震结构适用牌号为：在已有牌号后加Ｅ
（例如：ＨＲＢ４００Ｅ、ＨＲＢＦ伽Ｅ）的钢筋。该类钢筋
除应满足钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比
作者简介：许宏安（１９６８一），男，现在陕西龙门钢铁（集团）有限责任公司从事轧钢工作，高级工程师。
０２９－６２６７６２９６，Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｕｚｈｏｎｇｚｅ６８＠１２６．ｏｏｎｌ
按照ＧＢ１４９９．｝一２００７标准中抗震有关要求，
万方数据
０１０年第５期
许宏安：ＨＲＢ４００Ｅ抗震钢筋的研制
寸ＨＲＢ４００钢筋几项性能指标专门进行了测试统计
：见表１）。
衰１
ＨＲＢ４００抗震指标统计袭
项目
测试｝ｌ【教
合格批数
不合格批数合格率『％
备注ＧＢ１４９９．２—２００７
７．３．３，ａ条款
∞ｌ
柏ｌ
０
ｌ∞
强屈比ＧＢ１４９９．２—２００７
超艇服的上限
７．３．３，ｂ条款
加ｌ３９７４９９
１０ＭＰａ
ＧＢ１４９９．２—２００７
７．３．３．ｃ条款加ｌ柏ｌ０１００最大九总伸长率
三项测试
柏ｌ３９７４
势
根据表ｌ初步确定，将实测屈服的Ｅ限减少２０ＭＰａ，
Ｆ线不变，即将屈服强度区间减小２０ＭＰａ，按照这
个要求进行成分调整。
：．１．２各元素在２０ＭｎＳｉＶ这个成分中对性能的贡献
（１）碳。碳含量增加，钢的强度提高，而塑性、韧陛和疲劳强度下降，同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀陛。每增加０．Ｏｌ％碳大致产生１０ＭＰａ的强度增量。
（２）硅。硅在钢中不形成碳化物，而以同溶体的嘭式存在于奥氏体或铁素体中，它的主要作用：固溶强化，硅由０．２５％增至Ｏ．８０％使抗拉强度的增量达
到２５ＭＰａ；促进铁素体的粗化；促进柱状晶发展；冷
怍硬化倾向；降低焊接性。硅在钢中一定程度上降低钢的握性、韧性，并使钢的焊接性能恶化。每增加
Ｄ．０１％硅大致产生ｏ．５ＭＰａ的强度增量，故将它限制在保证脱氧需要的范围。
（３）锰。锰在钢中的作用是提高钢的强度，并不
同程度地降低钢的塑性。锰阻止ＦｅＳ的形成而生成
ＭｎＳ，改善了钢的加工性能。对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。Ｍｎ能改善铁水流动性，强于铁，一部分形成（Ｆｅ，Ｍｎ）３Ｃ，存在于珠光体内，ＭＰａ的强度增量。类似于硅的作
（４）钒。钒回收率稳定而且可预测，正常再加热
１５０～１
２５０℃）足以使钒处于溶解状态。钒
的另一个优点是对氮有较强的亲和力。活跃的氮或“自由”氮具有应变时效性，这是一种发生在塑性变间失去韧性，无法抗大地震。这样引入了钒氮钢，不
万方数据
但强度高性能稳定，而且使用经济节约社会资源。钒氮钢中钒每增加０．００１％钒大致产生２ＭＰａ的强度
增量。
２．１．３综合考虑及要求
（１）为研制经济型产品，并使所研制的抗震钢
筋能符合现行ＧＢ１４９９．２—２００７标准，抗震钢筋用
钢采用钒氮进行微合金化，设计钢种为２０ＭｎＳｉＶ。
（２）将实测屈服的上限减少２０ＭＰａ，下线不变，
对钢筋进行力学性能与化学成分的多元回归分析，根据其结果设计抗震钢筋化学成分的上、下限，并根据生产经验和现场工艺条件进行微调。
（３）化学成分设计中，充分考虑钢筋重量偏差对性能的影响，并进行必要的处理。
（４）在保证钢筋性能的前提下，充分考虑碳当量对钢筋性能的影响，尽量降低Ｓｉ、Ｍｎ含量以利于降低生产成本。
（５）为了提高各种规格钢筋性能的均匀性，进行规格工艺分流管理，即按钢筋规格大小采用了不同的化学成分，并对不同的轧制工艺按照不同的化学成分进行控制。２．２技术要求
经过以上综合分析，针对ＣＢ１４９９．２—２００７标准有关的原则性条款作了具体规定，在符合ＧＢ１４９９．２—＿２００７标准有关条款要求的同时还要满足表
２～表４的相关要求。
裹２钢的牌号和化学成分（熔炼成分）钢筋
化学成分（质量分数）懦
牌号
直径
工艺Ｉｍｍ
代码哟删
删
州
ｌ鸱州㈣邢咖ｌ
≥０．２００．３７＿０Ｊ６５
Ｉ．舡Ｉｊ０
≤０．０４５
０．０３咖．０４２
≤０５４
≤２５２≥０．２００．３５－０．６５１．２乳ｌ期
≤０．０４５
０．０３０ｍＪＤ４３≤Ｏ．５４
Ｉ｛ＩｌＢ４００
Ｈ砒籼Ｅ
３＞／０．２００．４０－０．７０１．２¨１．５０－＜０．０４５
Ｏ．０∞加．０４３≤０５４
≥２８
ｌｔ＞０．加０．３７棚．６５１．２帖ｌｊ０
－＜０．０４５
０．０３伽．Ｏ牾
≤０．５４
控制范围＞－０．１９０．３５．－０．７０１．１５—１．４５≤０．０４５０．０２８加．０４５．＜０３４
ｌ｝１８
４
目标范围≥蚴
０．４０．－０．７０
Ｉ．雏Ｉ．４５
≤０．０惦
０Ｊ０２蛐伽
≤０舅
唧脚∞
控制范围－＞０．１８０．３５—０．７０１．１如１．４５≤０．０４５
Ｏ眦加心≤０舅Ｈｍｌ４００Ｅ１２＿１８
５
目标范围≥Ｏ如０．４０－－０３０１．２０－１．４５≤０．０４５
Ｏ心－０．０４０
≤０５４
控制范围
≥０．１７
０３铷．７０
１．１孓１．４５≤０．ｏ帖
０删．０４０．＜０３４
ｌ扣１８６
——、——
目标范围
≥０．２００．４０－０．７０１口ｏ＿１．４５≤０．０４５
０ＪＤ２５—０．仍Ｂ
≤啷
对转炉炼钢带来了很大的好处。锰与碳的结合力略更主要的是进入固溶体，起固溶强化作用，每增加
０．０１％锰大致产生ｌ用，在高温下促进晶粒的粗化，抑制铁素体形成而促
进中温转变。
温度（１
形后室温下的脆化过程。在钢筋应用中，经常根据设计进行弯曲，超标的未结合氮，会使这部分钢筋随时
裹３钢筋的力学性能
牌号
轧线屈服强度／＾｜Ｐａ抗拉强度／ＭＰａ断后伸长率肠
西钢
≥４１５
≥５５０≥１６ＨＲＢ４００ＨＲＢ４００Ｅ
西轧≥４１０
≥５５０
≥１６同兴
≥４１５
≥５５０
≥１６
袭４钢筋内径
脚，舢ｆ蛳币１８
眈Ｏ窖眨２
抛５
咖勰
４｝３２
ＩＩ掘／ｒａｍｌｌ５．０－１５．８
１６．９褂１７．７１８．８Ⅳ１９．Ｂ３０．８．２１．ｇ
∞．７描．７２６．７埘．８３０．５－３１．６
２．３试制、生产及型式试验
为了验证所制定的抗震钢筋试验技术要求的可行性和准确性，确定按试验技术要求中给定的化学成分和有关要求，在龙钢的几条生产线进行试验，试验后证明性能良好，又对各规格抗震钢筋按试验技术要求进行２万ｔ批量生产。结果如下：
（１）各规格钢筋抗震性能符合率为１００％。（２）各规格钢筋强屈比均不小于１．２９，平均为
１．３５。
（３）各规格钢筋伸长率均不小于１９％，平均为２３％；最大力总伸长率不于１１％，平均为１５％。
（４）冷弯、反弯合格。
（５）金相组织细密，晶粒度在９。３０级到１０．５０级之间，见图ｌ、表５。
图１ＨＲＢ４００Ｅ高倍组织
裹５金相组织对比
合金试样数规格／ｒｎｍ晶粒度平均值，级
组织Ｖ（Ｎ）４个试样
４槲１２ｌＯ．５０铁索体＋珠光体Ｖ（Ｎ）５槲
１８
９．５０
铁紊体＋珠光体Ｖ（Ｎ）
２５
９．３０
铁素体＋珠光体
（６）经过３００℃１ｈ
Ｂ寸效，时效性能靛，贼６。
（７）通过国家建筑钢材监督检验中心型式试验检测，焊接性能合格。
对ＨＲＢ４００Ｅ抗震钢筋取１２、１４、１８、２５
ｍｍ四
个规格，进行了闪光对焊、帮条焊、搭接焊、坡口焊、
万方数据
袁６时效试验数据
规格
屈服强度舢Ｐａ抗拉强度／ＭＰａ仲长率，％
最大力总伸长率／％晰
时效
／ａｍ
时效前时效后时效前时效后时效前时效后时效前
，ｈ
币１２４８０
４８Ｓ
６６０６５５
２５
２６１３ｉ５
１币１８
４６５
４６０
６１５６１５
２３２５１２１３
ｌ税８
４８５
４８０
６３０
６２５２４
２８
１３
１４
１
抗震钢筋的生产，对力学性能、外形尺寸、工艺（１）明确窄成分设计。因为ＨＲＢ４００Ｅ抗震钢筋ＭＰａ，４１５
ＭＰａ以下会因
１０ＭＰａ以上也（２）明确规格工艺分流管理。因为在ＨＲＢ４００ｍｉｌｌ，屈服强度升高１．５ＭＰａ，所以龙钢研制的抗震钢筋化学成分设计合理，在材参考文献
文件选编．重庆：重庆大学材料学院汇编，２００３：３１—３６．
（编辑：苗运平）
（下转第４７页）
熔槽帮条焊、窄间隙焊、电渣压力焊、气压焊等九种焊接试验，经过性能测试全部合格。
２．４创新点
性能要求都非常严格，特别是力学性能的稳定性，要求批次间性能波动不能太大。此标准的限制，给原料成分的稳定性、轧制过程控制带来较大困难，需对工艺规程进行控制：炼钢工序要保证钒的收得率，稳定化学成分，防止钢水二次氧化；轧钢工序要加强轧件温度控制，合理制定加热制度是稳定其性能的关键。在以上要求的基础上还有两个创新点。
的合理屈服区间为４１５～５１０
为时效、检验误差等产生不合格，同样５可能产生不合格。各个元素成分范围的大小直接影响了抗震钢筋的屈服区间，所以必须明确窄成分设计。
钢筋生产中，其数学模型表现出规格效应非常明显。钢筋直径每减小ｌ对不同的规格区间规定了不同的成分区间，各轧线再按照编组细分进行生产组织；同时考虑不同生产工艺对产品晶粒度的影响，也给与区别对待。
３结语
质上可保证有较高要求的抗震结构适用牌号的三项
要求；该产品按规格大小工艺不同采用不同的化学成分，可保证钢筋性能稳定；该钢筋抗震性能优良，强屈比高，屈服强度波动范围小，伸长率及最大力总伸长率高，弯曲、反弯性能好，焊接性能好，具有较好的综合性能。
［１］龚士弘．抗震设计用钢探讨［Ｇ］，，防震建筑钢筋推广论文及
２０Ｉｏ年第５期刘新军，等：组态软件ＷｉｎＣＣ在炼钢循环水处理中的应用
・４７・
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ
ＷｉｎＣＣ
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ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｍｅｔａｌ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
万方数据
HRB400E抗震钢筋的研制
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
许宏安， XU Hong-an
陕西龙门钢铁(集团)有限责任公司,陕西,西安,710021山西冶金
SHANXI METALLURGY2010,33(5)
参考文献(1条)
1.龚士弘 抗震设计用钢探讨 2003
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_shanxiyj201005002.aspx