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含铌HRB400E钢筋无屈服强度的原因分析及对策狄明军（新疆八一钢铁股份有限公司制造管理部）摘 要: 针对八钢生产的HRB400E( Nb)热轧带肋钢筋的无屈服强度现象, 从缺陷钢筋的金相组织、化学成分、力学性能等方面进行分析, 并与力学性能正常的钢筋进行了比较。
经过分析认为金相组织存在大量贝氏体是造成带肋钢筋性能无屈服强度的主要原因, 并提出了改进措施，取得明显效果。
关键词:HRB400( Nb)；热轧带肋钢筋；无屈服强度；贝氏体中图分类号：TG113.25 文献标识码：A 文章编号：1672—4224（2020）02—0011—04 Analysis of Reasons and Countermeasure of No-yield-point of the HRB400E Steel Bar for Nb-micro-alloyingDI Ming junAbstract:In view of the phenomenon of no yield strength of HRB400( Nb) hot rolled ribbed bars in Bayi Steel, the metallographic structure, chemical composition and mechanical properties of the defective steel bars are analyzed and compared with those of normal mechanical properties. Through analysis, it is considered that the existence of a large number of bainite in the metallographic structure is the main reason for the non yield strength of the performance of ribbed steel bars, and the improvement measures are put forward, with obvious results.Key words: HRB400( Nb)；hot rolled ribbed bars；no yield strength；bainite(Manufacturing Management Department,Xinjiang Bayi Iron &Steel Co.,Ltd .)1 问题的提出多年来八钢主要以钒氮合金生产HRB400E热轧带肋钢筋，由于钒氮合金价格变化巨大，为降低成本，研究探索采用铌微合金化替代钒氮合金的工艺生产热轧带肋钢筋。
铌在钢的控轧控冷工艺中微合金化的作用[摘要]本文主要介绍铌的强化原理、铌在钢中微合金化中应用，通过控轧控冷工艺改善铌在钢中的分布来提高铌的性能，以及当今世界铌钢的情况及生产铌钢应用的新工艺。
[关键词]控轧控冷；铌钢；强化；工艺；1.前言目前我国热轧钢筋的消费量已达5000余万吨，相对于发达国家钢筋以400N／mm2以上强度级别应用为主的局面，我国仍以335N ／mm2级别的热轧钢筋为主。
近年来，随着建筑结构施工规范GB50010的修订执行HRB400热轧钢筋将逐步成为我国钢筋混凝土结构用主导钢铁材料，该级别钢筋使用比例是逐年上升的趋势。
建设部2022年4月正式新的《混凝土结构设计规范》后，建筑用钢的产品升级换代不断加快，HRB400热轧钢筋的主导钢种20MnSiV的必需原料V-Fe，VN合金价格大幅上涨，导致生产成本显著升高，急需开发新的生产工艺和替代钢种。
世界范围内的钢筋标准中，ISO标准、西欧等国钢筋标准是以轧后余热处理工艺为基础的，而在我国，轧后余热处理钢筋的生产使用受到各种限制，因此高强度级别钢筋生产基本以微合金化为主，在所有的微合金化方式中，以V微合金化最适合长型材生产工艺要求。
微合金化元素的应用较多地集中在Nb、V、Ti三大主要微合金元素，其中对Nb元素的研究应用较多地集中在扁平材上。
与V元素相比Nb析出物的溶入温度较高，因此要求相对高的工艺加热温度，同时Nb 微合金化技术的应用在于Nb的碳氮化物对再结晶的阻滞作用，以此来实现非再结晶轧制，而长型材生产本身具有的高温快轧的特点在现有生产线上较难实现非再结晶轧制。
虽然Nb的碳氮化物的析出强化作用较V的沉淀强化弱，但是利用Nh的沉淀强化和组织强化作用，也可作为HRB400热轧钢筋生产的微合金化方式。
上世纪末，国内开始超细晶碳素钢筋的研究工作。
通过在临界奥氏体区终轧诱发铁素体相变和铁素体动态再结晶，将晶粒细化至微米尺度，实现用普碳钢生产HRB400钢筋，材料成本低，具有经济效益显著和广阔的发展前景。
自2005年以来，HRB400钢筋市场需求量不断增加，使HRB400钢筋的生产规模迅速扩大，产量大幅度增加，由于在生产HRB400钢筋中采用V微合金化技术，造成钒铁价格大幅度上升。
因钒铁价格的提高，企业生产HRB400钢筋的成本增加，利润下降。
为降低冶炼的合金成本，济南钢铁集团总公司（简称济钢）采用了铌代钒技术生产。
自应用铌微合金化生产HRB400以来，在连铸生产中连续发生铸坯表面横裂纹和矫直前后漏钢事故，直接影响正常生产。
为稳定HRB400钢筋的生产，根据V、Nb、Ti元素的冶金特性，济钢提出铌钛复合技术在钢筋中应用，经过试验，研制成功铌钛复合HRB400钢筋，并在生产中推广应用。
为保证试验的顺利实施，结合济钢现行生产工艺制度，设计并修改了钢的化学成分，制定了严格的工艺控制要求。
1工艺流程高炉优质铁水（废钢）→LD转炉→炉外处理（底吹氩、喂线）方坯连铸机→质量检验判定（熔炼成分、表面）→热送热装→轧钢加热→连续轧制→自然冷却→定尺剪切→质量检验→打捆包装→检验判定→产品出厂。
2成分设计试验轧制钢种20MnSiNbTi，钢筋牌号HRB400。
微合金化采用铌钛复合技术，熔炼成分Nb含量0.015%～0.040%、Ti含量0.005%～0.025%。
熔炼成分及力学性能按GB1499-1998执行。
3铌钛合金技术要求验钢按HRB400组织冶炼，采用铌铁和钛铁复合微合金化技术，铌铁合金（FeNb）要求Nb64%～67%，钛铁合金（FeTi）要求Ti28%～31%。
4工艺要求（1）终点温度1640～1670℃，终点碳含量大于0.12%。
（2）按钢筋的生产规格，吨钢加入铌铁0.20～0.50kg、钛铁0.20～0.70kg，硅锰铁、高碳锰铁、硅铁按常规生产20MnSi（3）出钢后钢水进行炉外底吹氩处理，吹氩时间大于5min，吹氩后温度1570～1600℃。
配加。
（4）连铸中间包温度1515～1540℃，连铸拉速2.6～3.2m/min。
Nb微合金化HRB400E抗震盘螺开发摘要：柳钢用铌微合金强化代替钒强化，用低温轧制和快速冷却的工艺试制了HRB400E抗震盘螺。
产品综合力学性能、焊接性能良好，金相组织主要为铁素体+珠光体+少量贝氏体，满足GB/T1499.2-2018对抗震钢筋的要求。
关键词：抗震盘螺;铌;微合金化;控制轧制1、前言钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是国内外建筑工程中广泛使用的一种增强材料，应用范围广、生产量大，我国建筑用钢占钢材的消费比例约为53.3%，钢筋涉及的钢铁企业多，分布范围广。
性能上其要求其既要有较高强度，又要有良好的塑韧性、可焊接性、抗震性能、粘结性等指标。
生产中通常采用控轧控冷和微合金化的方法，微合金化法通常在20MnSi成分的基础上添加V，Nb，Ti等微合金元素，近年来由于钒铁合金、钒氮合金的价格持续升高，各钢厂纷纷采用Nb微合金化生产HRB400E热轧带肋钢筋。
Nb微合金化连铸方坯在柳钢连续式棒材生产线上生产低生产成本的HRB400E热轧带肋钢筋产品已获得成功，为了提高坯料共用性、降低生产成本，结合自身设备特点，柳钢开展了Nb微合金化抗震盘螺的生产研究，成功生产出合格的的Φ6mm-Φ12mmHRB400E热轧带肋钢筋盘螺。
2、钢坯成分设计Nb微合金化钢坯是在20MnSi的基础上添0.012-0.023%Nb，Nb主要以细晶强化和沉淀强化来提高强度，Nb较容易熔入钢中，也较容易从钢中析出。
Nb与C，N的结合能力强，是强碳化物形成元素，其形成的Nb（C）、Nb（CN）在高温下十分稳定性，对钢的蠕变极限、持久强度、冲击韧性、脆性、临界转变温度、焊接性能等均有良好影响，还能通过固定氮消除钢中自由氮，改善韧性，消除应变时效。
碳、锰的设计主要是为了保证钢种的强度，考虑钢种的焊接性能将锰和硅含量上限降低，Ceq≤0.54%，满足GB/T1499.2-2018要求。
钢坯的化学成分见表1。
表1：HRB400E(Nb)钢坯化学成分3、轧制工艺3.1加热工艺加热温度对整个轧制过程影响最大，加热温度的高低直接影响了轧件原始奥氏体晶粒尺寸大小，须严格控制均热段温度。
铌微合金化HRB400E钢铸坯裂纹研究与控制
华福波;王劼;周玉杭;魏福龙;谢祥
【期刊名称】《冶金标准化与质量》
【年(卷),期】2024(62)2
【摘要】铌是热轧带肋钢筋常用微合金化元素,具有细化奥氏体晶粒、沉淀硬化作用,且与钒相比价格较低具有较好的性价比。
但因其元素特性,在铸坯冷却过程中易
形成贯穿性裂纹,轧制时钢材开裂而导致堆钢。
本文通过研究铌微合金化铸坯裂纹
形成机理,采取优化钢水成分、低过热度浇注、二次冷却工艺优化等措施,有效解决
了铸坯裂纹问题,轧制过程因铸坯裂纹导致的万吨堆钢率由1.32支降低至0.04支。
【总页数】4页(P45-48)
【作者】华福波;王劼;周玉杭;魏福龙;谢祥
【作者单位】首钢水城钢铁集团公司
【正文语种】中文
【中图分类】TF704
【相关文献】
1.昆钢板坯连铸工序微合金化钢铸坯横裂纹的控制
2.铌微合金化HRB400 E钢连
铸坯中心裂纹的形成和控制3.硼微合金化钢连铸坯角部裂纹控制4.减少含铌、钒、钛微合金化钢连铸板坯角横裂纹的研究
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HRB400E抗震钢筋铌微合金强化机理研究与应用
作者：金梁
来源：《科技创新与应用》2019年第14期
摘; 要：研究Nb微合金化强化机理在轧制过程中的作用，结合轧制工艺的优化与应用，保证了产品组织性能符合GB1499.2-2018要求并实现稳定控制，降低了棒材HRB400E各规格抗震钢筋的成本，实现了Nb微合金化HRB400E抗震钢筋的稳定生产。
关键词：Nb微合金化;HRB400E抗震钢筋;轧制工艺;强化机理
中图分类号：TG142 文献标志码：A; ; ; 文章编号：2095-2945（2019）14-0162-03
Abstract： The role of Nb microalloying strengthening mechanism in rolling process was studied. Based on the optimization and application of rolling process， the product structure and properties were guaranteed to meet the requirements of GB1499.2-2018 and stable control was achieved. The cost of various specifications of anti-seismic bar HRB400E was reduced， and the stable production of Nb microalloyed HRB400E anti-seismic bar was realized.
Keywords： Nb microalloying; HRB400E seismic steel bar; rolling process; strengthening mechanism
1 概述
2018年11月1日，GB/T 1499.2-2018熱轧带肋钢筋新国标正式实施，钒合金价格飞涨且
供不应求，柳钢提前数月使用价格较低的铌铁合金开展强化机理研究与试验生产，应用铌微合金化技术结合棒材轧制工艺优化，充分利用各种强化机理，实现了φ12mm-φ32mm规格
HRB400E钢筋的批量稳定生产，产品组织性能合格，降低了合金成本与轧钢工序成本。
2 Nb微合金化HRB400E抗震钢筋成分设计
铌微合金化HRB400E抗震钢筋主要性能强化元素为C、Si、Mn、Nb，其中C在铁碳合金中以Fe3C和石墨形式存在，依靠增加珠光体含量和固溶强化提高钢筋的强度[1-2] ，C含量按照上限控制0.21～0.25%;Si固溶于铁素体和奥氏体中，依靠强化铁素体增加钢的强度，依据Si 对性能的影响曲线，按照0.30～0.60%控制;Mn以置换固溶的形式存在于铁素体和奥氏体中，
具有增加珠光体含量、固溶强化和细晶强化作用，根据经验控制在1.30～1.45%;Nb对碳和氮
有很高的亲和力，在钢中极易形成稳定难溶的NbC、Nb（CN），通过细晶强化、沉淀强化和相变强化提高钢的强度，按照0.025-0.035%控制。
铌微合金化HRB400E抗震钢筋成分设计见表1。
3 轧制工艺
3.1 加热工艺
为保证Nb（CN）充分溶入奥氏体发挥其强化作用，理论上加热炉温控制在1250℃[3]，
所有Nb全部溶解到奥氏体中，但加热温度超过1150℃，奥氏体晶粒开始长大粗化，降低细晶强化的效果，且过高的加热温度一定程度上造成加热炉待温频繁影响生产顺畅。
综合考虑以上三个因素，加热温度制定见表2。
加热温度既保证铸坯中Nb绝大部分溶解于奥氏体，部分未溶解的Nb（CN）有利于阻止在加热和粗轧过程中奥氏体晶粒的长大，达到细化晶粒的效果。
3.2 轧制工艺
铌微合金化HRB400E抗震钢筋生产使用断面尺寸为1652mm×10000mm的坯料，小规格Ф12mm-Ф22mm螺纹钢采用切分孔型系统，大规格Ф25mm-Ф32mm螺纹钢采用圆-椭圆孔型系统。
考虑各规格的道次、延伸及电机能力，轧制温度制度如表3。
4 轧制工艺优化
4.1 轧件变形抗力增加
Nb微合金化在轧制过程的主要作用：（1）未溶Nb（CN）阻止高温轧制过程中奥氏体晶粒的长大;（2）轧制过程中析出的Nb（CN）阻止形变奥氏体的再结晶。
由于Nb在轧制中对奥氏体晶粒的细化作用，轧件变形抗力增加，各道次轧制力均有不同程度的提升，在实际生产中，导致粗中轧轧机断辊烧轴承现象激升，断辊比例较非Nb微合金化坯料轧制上升了20%左右，另一个隐患为精轧K1、K2因轧件强度提升，表现为轧辊不耐磨，孔槽过钢量下降20%左右，孔型崩孔现象增加。
为解决轧辊轧制量、断辊烧轴承和崩孔，减少轧机电流，势必要降低轧件变形抗力，适量提高开轧温度15℃，调整为1040±30℃，加热段与均热段分别提高10℃，经过一段时间试验与批量生产，成效如下：
（1）性能较提温之前降低2Mp左右，有效作业率提高0.5%，生产更加顺畅，班产提高12吨，煤耗增加1.1m3/t，电耗降低1.5kWh/t，成材率提高0.12%，综合降成本3.41元/吨。
（2）棒材线K1辊的轧制量略有提升，但是K2辊轧制量提升13%。
4.2 切分工艺成品弯曲
Nb微合金化在轧制过程中的析出与温度密切相关，在切分工艺中，切分后靠中间边缘部分为原轧件芯部，与切分两边温差在50℃左右。
切分轧制和轧后冷却过程中， Nb（CN）在整个奥氏体和铁素体断面析出的不均匀，形成变形应力差，在随后的剪切、收集过程中出现弯钢现象。
弯钢在轧制过程中无法有效解决，主要控制成品的冷却均匀性，通过优化冷床上钢参数、裙板安装维护、剪切标准和安装变频地辊解决了弯钢现象。
4.3 连续屈服
试验过程中，φ12mm、φ18mm和φ25mm规格Nb微合金化HRB400E抗震钢筋均出现连续屈服的情况。
分析原因，Mn降低钢的Ar1、Ar3、Ms温度和共析点的碳含量以及钢种相变速度，结果是铁碳相图中共析点向左下方移动，降低奥氏体分解速度，增加淬透性，Nb微合
金化可提高贝氏体相变点，提高了贝氏体的温度区间。
出现连续屈服的贝氏体含量达到10-30%，主要由于Mn含量过高和轧后冷却速度过快导致，通过降低Mn含量0.05%和降低上冷床温度控制贝氏体含量。
5 效果及分析
5.1 性能（见表4）HRB400螺纹钢性能全部符合GB1499.2-2018要求，且余量充足，强屈比≥1.25，冷弯合格，时效在15MPa以内，波动较小。
5.2 金相组织
Nb微合金化HRB400E抗震钢筋各规格金相组织为F+P+芯部（4-5%）B，铁素体晶粒度为9-10.5级，组织合格（图1）。
5.3 焊接性能
焊接试样拉伸位置远离焊缝，有明显的均匀延伸和缩颈，各规格焊接性能合格。
6 结论
（1）Nb微合金强化机理贯穿于加热、轧制和冷却的轧钢全流程，通过细晶强化、沉淀强化和相变强化提高钢的强度，各规格性能、金相和焊接全部合格。
（2）轧制温度控制优化能有效解决轧辊轧制量、断辊烧轴承和崩孔等问题，综合轧钢工序降成本3.41元/吨。
（3）适当减少Mn含量和降低上冷床温度能有效控制
贝氏体含量，解决连续屈服无屈服点的问题。
（4）Nb微合金化技术替代V强化工艺，综合合金降成本100元/吨左右，保证了生产的连续性。
参考文献：
[1]崔中圻，刘北兴.金属学与热处理原理[M].哈尔滨工业大学出版社，1998.
[2]完卫国，李德华，郭湛，等.节约型铌微合金化HRB400钢筋的成分与工艺研究[J].钢铁研究，2011（39）：18-22.
[3]谢国谊，毛景平.Nb微合金化生产小规格HRB400带肋钢筋的探讨[J].新疆钢铁，2008（2）：43-45.。
