表2盘螺HRB400E化学成分%
表1盘螺HRB400E力学性能
山西冶金
SHANXI METALLURGY
Total173
No.3，2018
DOI:10.16525/jki14-1167/tf.2018.03.02试（实）验研究
总第173期
2018年第3期
冯宝，杨其敏，邱卫锋，叶德新
（宝武集团广东韶关钢铁有限公司，广东韶关512123）
摘要：通过分析盘螺的化学成分、工艺参数、金相组织、气体氮含量等，得知盘螺氮含量偏高是导致盘螺 HRB400E屈服强度偏高的主要原因，对此提出了相应的改善措施。
关键词：HRB400E屈服强度氮含量
中图分类号：TG142.12文献标识码：A文章编号：1672-1152（2018）03-0005-02
收稿日期：2018-04-20
作者简介：冯宝（1989—），男，大学本科，2012年6月毕业于
广东工业大学，金属材料助理工程师。
随着我国经济发展步入结构优化、动力转换的
新常态，我国钢铁行业在结构调整和需求升级方面
也遇到了新的机遇。为了提高建筑物的使用年限，同
时减少钢材用量，我国全面普及使用400MPa级钢
筋，推广使用500MPa及以上高强钢筋。HRB400E
是带抗震作用的400MPa级钢筋，比普通钢筋的延
展性更好，从而能够更好地保证重要结构构件在地
震时具有足够的塑性变形能力和耗能能力，从而提
高了建筑物抵抗地震的能力。抗震钢筋屈服强度不
能过高，需满足钢筋的实测屈服强度与标准规定的
屈服强度特征值之比，比值不大于1.30（400MPa级
钢筋屈服强度实测值不大于520MPa）的要求。为稳
定控制钢筋屈服强度，目前较为普遍的生产控制方
法是微合金化生产。
双重阴谋1生产工艺流程和存在问题
宝武集团广东韶关钢铁有限公司（以下简称韶
钢）盘螺HRB400E的生产工艺流程为：顶底复吹转
炉冶炼→氩站处理→（LF炉外精炼）→方坯连铸机
浇注→铸坯验收→铸坯红送/冷装→钢坯入加热炉
加热→高线控轧控冷→精整→成品检验→打包→称
质量→材料入库。
工艺流程说明：为了稳定盘螺各部分的性能，提
在氩站处理工序补加合金（包括碳粉）、降温料后吹
氩时间应适当延长，确保所加合金全部溶解并在钢
液中分布均匀。LF炉外精炼为非必须流程，如因调
整成分需要或者生产节奏需要钢水经过LF炉外精
炼流程，需严格控制低吹氩气流量，避免钢水裸露，
并在电弧的作用下异常吸氮。
某客户反映，从韶钢采购的某检验批（检验批
号：Z79068560）10mm规格HRB400E盘螺经现场检
测屈服强度偏高，工地无法正常使用，需更换相应质
量的钢材避免影响工期。具体检测性能结果和标准
要求如表1所示。
从表1可以看出，该批盘螺HRB400E的屈服强
度高出标准规定的范围，其他指标如抗拉强度等满
足技术条件要求。伸长率和最大力总伸长率余量较
大，说明此批盘螺韧性较好。由表1数据可以计算出
该批钢筋强屈比为1.33也满足标准要求。
2样品检验和分析
在螺纹钢成分体系中，对螺纹钢强度贡献大的
元素分别是碳元素、硅元素、锰元素和钒元素，其中
碳元素能固溶在基体中起到明显的固溶强化作用，
硅元素主要是通过强化铁素体组织提高钢筋的屈服
强度，锰和钒两大元素均能起到细化晶粒，提高钢材
强度的作用。为此，对该批屈服强度偏高的盘螺进行
化学成分检测分析，检测结果如表2所示。
性能指标R el/MPa R m/MPa A/%A gt/%
标准要求400~520≥540≥16≥9.0
性能实际值5257002616
元素w（C）w（Si）w（Mn）w（P）w（S）w（V）碳当量（C eq）
技术
要求
0.21~
唐弢0.25
0.25~
0.40
1.33~
1.48
≤
0.045
≤
0.045
0.020~
0.035
≤0.54
检测值0.230.30 1.400.0240.0110.0240.48
山西冶金
E-mail:sxyjbjb@126
第41卷
表3盘螺HRB400E 氮含量对比
图3Z89001770金相组织假如我是一个病人
（100×）图4Z89001770金相组织
（500×）
图1Z79068560金相组织
（100×）图2Z79068560金相组织
（500×）
从表2可以看出，
盘螺HRB400E 的化学成分满足技术条件要求，其中碳含量和锰含量控制精确，为技术要求的中位值，影响钢材强度的另外2个元素硅元素和钒元素的含量均控制在技术要求范围的较低值，不会造成钢材强度异常升高。此外，磷和硫2个对螺纹钢有害的元素含量也控制在较低范围，所以能有效防止盘螺发生冷脆和热脆
。
盘螺的轧制工艺对盘螺性能也存在很大影响，尤其是开轧温度和吐丝温度直接影响到盘螺的强度。经查验轧制检验批Z79068560的钢坯实际开轧温度、精轧机组进口温度和吐丝温度均控制在技术要求范围内
。
产品标准规定钢筋混泥土用热轧带肋钢筋的金相组织应主要是铁素体+珠光体组织，其中铁素体是软韧相，对钢材屈服强度影响不大，珠光体是渗碳体分布在铁素体上形成的组织，具有较高的强度。在屈服强度偏高的试样上取横向样做金相分析，发现钢材金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度达11级。（见图1、图2）。
从图1图2还可以看出，
该批盘螺HRB400E 的铁素体和珠光体分布均匀，且铁素体含量比珠光体含量高，此外钢材没有尺寸异常粗大的晶粒，表明锰钒2个元素的细晶强化效果明显。为分析晶粒度是否为引起该批盘螺HRB400E 屈服偏高的主要原因，在性能合格的钢材上（检验批号：Z89001770）取样做金相组织分析进行对比。经检测屈服强度合格的盘螺HRB400E （检验批号：Z89001770）金相组织为铁素体+珠光体（见图3、图4），晶粒度也为11级
。
盘螺HRB400E 采用钒氮合金控制钢中钒含量，氮元素能优化钒元素在钢中的析出，充分发挥析出强化的作用，钢中氮含量上升会强化氮化钒析出效果，使钢筋强度升高。在屈服强度偏高（检验批号：Z79068560）和2批屈服强度合格（检验批号：
Z89001770和检验批号：Z89001780）的钢材上分别取样检测氮含量并进行对比，结果如表3所示。
从表3可以看出，屈服强度偏高的盘螺HRB 400E 氮含量（质量分数）比屈服强度合格的盘螺HRB400E w （N ）高出了25×10-6。3讨论与分析
1）盘螺HRB400E 的化学成分符合标准要求，对钢材强度有影响的元素含量均控制在中下限，屈服强度异常偏高并非成分原因造成。
2）盘螺HRB400E 的金相组织主要是铁素体加珠光体，并且铁素体含量大，也不存在影响影响盘螺HRB400E 使用性能的其他组织，此外屈服强度偏高和屈服强度正常的钢材金相组织和晶粒度无明显区别，由此可知屈服强度异常偏高也非组织原因造成。
3）屈服强度偏高的盘螺HRB400E 钢中氮含量比性能正常的HRB400E 钢中氮含量（质量分数）高出25×10-6，使钢的析出强化加强[1]，钢筋强度显著增大，超出标准值。同时V （CN ）的析出也有细化晶粒的作用。4改善措施
1）严格控制出钢时间，避免出钢过程中裸露钢水长时间与空气接触吸氮，造成钢水氮含量异常增多[2]。
2）如果钢水经过LF 炉处理，要合理控制氩气流量和压力，避免钢水裸露，造成吸氮。
3）连铸增氮是钢水N 含量异常升高的主要原因之一，采用长水口氩封保护浇注，合理使用中包用覆盖剂和结晶器保护渣可以减少钢水异常吸氮[3]。
100μm 20μm
钢种检验批w （N ）/（×10-6）w （N ）平均值/（×10-6）
HRB400E Z890017706567HRB400E
Z89001780
69HRB400E Z79068560样18992
HRB400E Z79068560样2
95
100μm
淘宝10.11事变20μm
（下转第45页）
6
2018年第3期5结语
盘螺HRB400E 屈服强度偏高主要是因为钢水N 含量异常升高导致的，通过控制钢水出钢时间和尽量避免钢水裸露以及做好保护浇注能有效防止钢水异常增氮导致螺纹钢强度异常升高。
参考文献
[1]孙凌云.钒氮合金的应用及展望[J].四川冶金，2005，27（4）：12-13.[2]张立标.钢水过程增氮分析与控制[J].山东冶金，2011，33（3）：14.
[3]
李勇.炼钢过程中钢水氮含量控制[J].钢铁，2010，45（10）：55-56.
（编辑：苗运平）
Analysis of Coiled HRB400E with High Yield Strength
Feng Bao,Yang Qimin,Qiu Weifeng,Ye Dexin
（Baowu Group Guangdong Shaoguan Iron and Steel Co.,Ltd.,Shaoguan Guangdong
512123）
Abstract:By analyzing the chemical composition,process parameters,metallographic structure and nitrogen content of gas in the coiled snail,it is found that the high nitrogen content of the coiled snail HRB400E is the main cause of the high yield strength of the coiled snail,and the corresponding improvement measures are put forward.Key words:HRB400E;yield strength;nitrogen content
（上接第6页）Cellular Automaton Simulation of Solid Solution Process for
05Cr17Ni4Cu4Nb Stainless Steel
Zhuang Qikai 1,2
（1.Heat Treatment Material Preparation Workshop,Hangzhou Steam Turbine Co.,Ltd.,Hangzhou Zhejiang 310023;2.State Key Laboratory of Silicon Materials,College of Materials Science and Engineering,Zhejiang University,Hangzhou Zhejiang 310027）
Abstract:A two-dimensional model of the solid solution process of 05Cr17Ni4Cu4Nb stainless steel was established by cellular automaton model.The grain nucleation growth and the diffusion dissolution of the compound phase were simulated in the solid solution process.The simulation results dynamically reproduced the microstructure characteristics of the solid solution process.The influence of solid solution temperature and solid solution time on the microstructure after solution treatment was analyzed by the model.
国际比较法Key words:05Cr17Ni4Cu4Nb;cellular automaton;solid solution
05Cr17Ni4Cu4Nb 固溶过程中的组织变化模拟，模拟结果表明，采用元胞自动机模拟的固溶过程，可以反映材料的实际固溶过程，特别是本文采用的热激活，曲率驱动和扩散机制可以定量的计算实际固溶的最
优温度，而进一步的研究将模拟步数（cas ）和真实时间相联系，则可以获得更精准的物理模型，并对固溶处理工艺的改进产生积极影响。
参考文献
[1]张敏，褚巧玲.17-4PH 不锈钢热处理工艺[J].金属热处理，2012（9）：8-11.
[2]邓小虎，
张立文.CA/MC 法模拟焊缝凝固微观组织形成[J].大连理工大学学报，2011，51（1）：36.
[4]
关小军.单一晶粒长大过程的元胞自动机模拟[J].中国有金属学报，2007（5）：700.[5]李延升.扩散过程的元胞自动机模拟[J].河南工程学院学报，2011（1）：2-3.
[6]
石墨烯薄膜李延升.固体溶解过程的元胞自动机模拟[J].信阳师范学院学报，2010（4）：590-592.
（编辑：苗运平）
图51300K ，1000cas 图61300K ，4000
cas
庄期凯：05Cr17Ni4Cu4Nb 不锈钢固溶过程的元胞自动机模拟
45··
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