350km/h高速铁路用HRBF500级超细晶粒钢筋的研制

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摘要：本文介绍了高速铁路用热轧带肋钢筋采用低合金材料经过控轧控冷处理，得到良好性能的研制过程及产品特点。

Pick to: this paper introduces the high speed railway rollsteel ribbed reinforcement with low alloy material after controlled rolling accused of cold treatment, get good performance of the development process and product features.

中图分类号：U238文献标识码：A 文章编号：

一、项目概述

自2008年我国第一条时速350km/h的高速铁路——京津城际铁路开始建设以来，迅猛发展的高速铁路建设对500MPa级螺纹钢筋的需求日趋强烈，我公司与中钢集团钢铁研究总院密切合作，经努力开发出了超细晶粒500MPa级月牙肋螺纹钢筋和螺旋肋精轧螺纹钢筋，用于高速铁路建设，截止目前已成功向高速铁路供应该钢筋达13万多吨，实现利润4000多万元。该钢筋的成功开发，极大地促进了我国高强度级别钢筋的研发和生产水平的提高。

该项目充分吸收了国外该领域的科研成果，走出了一条环境友好，资源节约的工艺线路。

传统的钢筋提高强度级别需提高碳含量，同时要添加大量合金，这样的工艺方法不但造成成本升高，而且浪费资源，同时钢筋的综合性能难以保证，而本项目利用金属学原理，通过采取形变诱导相变的工艺思路，在普通低合金成分的基础上，仅加少量合金（部分规格不加合金），辅以控温控轧控冷的方法，实现钢筋显微组织的超细化，从而达到提高综合性能的目的。

hrbf500级钢筋的成分仅在HRB335成分的基础上，添加少量V或Ni、Ti，然后通过形变诱导相变的工艺方法，实现了HRBF500级钢筋的生产，仅原料成分的成本比常规方法生产HRB500级钢筋节约约150元/吨。而且生产出的HRBF500级钢筋的晶粒度达9级以上，经综合检验，其性能优良。

二、项目的研制与实施

超细晶粒钢生产是对钢坯的化学成分稍加调整，通过降低加热温度、控制轧制温度等工艺参数，配合在线热处理设备，控制奥氏体状态和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材组织性能的目的。低温轧制可细化奥氏体晶粒或增多变形奥氏体晶粒内部的滑移带，即增加有效晶界面积，为相变时铁素体形核提供更多、更分散的形核位置，得到细小分散的铁素体和珠光体或贝氏体组织。图1高温轧制和低温轧制所获得的奥氏体的显微组织图：

（a）高温轧制 （b） 低温轧制

图1 奥氏体显微组织图

细化铁素体晶粒不仅能提高钢材的强度，而且可以改善韧性。霍尔-佩奇公式表明，钢材的屈服强度、断裂强度与铁素体晶粒尺寸成正比，即晶粒尺寸越细小，屈服强度和断裂强度越高。这就是低温轧制工艺细化铁素体晶粒能提高钢材强度又改善钢材韧性的独特之处，是其他方法所不能及的。

HRBF500级钢筋研制生产，选用添加0.04%～0.08%V的原料，并采用降低加热温度和轧制温度的工艺方法。此工艺方法对目前我公司连轧分厂所使用的是2003年由意大利POMINI公司引进的设备，全连续式小型轧机来讲，电机能力不能满足要求，其设计产品规格为Φ12～50圆钢、螺纹钢及部分规格的角钢、槽钢、扁钢（目前分厂主要用来生产螺纹钢筋），钢坯规格为150mm×150mm，最高轧制速度为18m/s。轧制线由18架平、立、旋转轧机组成，和国内其他碳素钢小型轧机无异，使用速度可调的直接变频单独传动，微张力轧制。在对轧机能力、轧辊强度及电机功率负荷进行校核后得出结论，为此对主传动设备进行了改进。

紧接最后一架轧机之后，棒材穿过轧后余热处理冷却系统，达到短时高密度的表面冷却效果，使钢筋的表面层转化为一种马氏体结构，而心部仍能保持奥氏体结构。棒材在空气中冷却，通过传到心部热量加热表面，完成表面马氏体回火。当棒材进入冷床后，保留的奥氏体将转化为一种晶粒非常细的珠光体组织。冷却器的冷却原件采用湍流管，由于使用了最优化的几何角度进行聚敛、发散形状的最佳排布，从而保证穿过的棒材在冷却水之间的热交换率达到最大值，这种高效的冷却装置也是实现控温控轧的保障。

三、原料成分及成品试验数据

原料成分确定使用HRB335，在此基础上加入少量V合金，并制定出了一套严格控制加热温度和轧制温度的工艺流程，为使成品性能稳定，要求温度波动不超过工艺设定温度的±30℃。原料成分控制见下表：

轧制后采用轧后余热处理工艺，控制自回火温度在650℃～750℃。

经过对大小四种规格钢筋的试制，得出了综合性能良好的细晶粒钢筋，晶粒度达9级以上，部分力学性能试验数据如下：

试轧结果表明，以HRB335级别低合金碳素钢为基本成分，加少量V合金，经过控温控轧控冷生产的500MPa级细晶粒螺纹钢筋是可行的，完全保证钢筋的性能要求，并且能降低成本、节约资源，并符合可持续发展方针。

四、结论：

本项目投资约800万元，用于控温及主传动的设备的投入和改进，经近一年的运行效果明显，现此工艺已在国内得以普遍推广，经权威部门测算，此项目前景十分明显，具有广泛经济效益和社会效益，此生产技术达到国际先进水平。

该项目的成功填补了国内空白，为我国高速铁路建设时速350km/h用高性能钢筋混凝土结构的应用提供了保证，为我国非高速铁路领域高强度混凝土结构的研制与应用提供了借鉴和经验。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。