钒及钒氮合金加入量对螺纹钢筋性能组织影响的研究修改

1、钒及钒氮合金加入量对螺纹钢筋性能组织影响的研究刘永林1) 2)张金柱1)( 1贵大冶金材料学院；2 水钢技术中心，贵州水城553028)摘要： 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是我国钢材产品中用量最大的品种之一，本次研究的课题是在II级钢筋(2 0 Mn S i )的基础上加入微合金元素V及VN合金研究V及VN合金对螺纹钢筋性能组织的影响。得出 VFe钢筋、VN钢筋 V 含量与强度指标关系，为生产各种级别的螺纹钢筋成分设计及工艺控 制提供参考。关键词：螺纹钢筋；V 含量；抗拉强度；屈服强度0 前 言钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是我国钢材产品中用量最大的品种之一，2006年热轧带肋钢筋产量近8300万吨，占

2、全国钢材产量近20%。国外建筑行业普遍采用400MP& 500MPa级钢筋，在欧洲，屈服强度为5 0 OMP a的IV级钢筋和6 0 0 MP a的V级钢筋已取代田级钢筋获得广泛应用，美国1996年钢筋产品标准增加了 520MPa级钢筋。我国目前也正在致力于H级钢筋 (2 OMn S i )向田级钢筋的升级换代，国标GB1499-1998增加了 500MPa级钢筋。对400MPa及500MPa级钢筋GB1499-1998合出了五大元素上限并提示可加入V、Ti、Nb等微合金元素作为强化元素。本次研究的课题是在II级钢筋（2 0 M n S i ）的基础上加入微合金元素V及VN合金研究V及

3、钮VN合 金对螺纹钢筋性能组织的影响。1试验螺纹钢筋成分设计及工艺控制1.1成分设计试验螺纹钢筋C、Si、Mn元素的含量按国标GB1499-98中限控制，P、 S<0.04% （见表一），V及VN按 钢中V含量达到表二的不同档次加入。表一钢筋成分设计（wt%）CSiMn P S0.19 0.24 0.450.65 1.251.50 <0.04<0.04表二 V钢及VN钢中V含量（wt%）V0.05 0.055 0.0700.075 0.090.095 0.1050.110VN0.0250.030 0.0450.050 0.100.111. 2工艺设计：1.2. 1工艺路线铁水

4、、生铁块、废钢一氧气顶吹转炉冶炼一挡渣出钢一钢包脱氧合金化（加入VFe VN铁合金化元）一吹鼠一连铸（150方坯）一精整一加热炉加热一轧制一冷却一取样一拉伸试验一金相检验1. 2. 2冶炼工艺试验钢在25吨转炉上冶炼，出钢量31吨，脱氧合金化过程中加入钮铁 及钮氮合金，顺序：SiMn-MnFe-SiFe-SiAlCaBa-VF&VN)。钢水经底吹 Ar处理后，连铸成150X 150方坯。2. 2. 3 轧制工艺钢坯加热温度的确定：V的C化物、N化物在奥氏中固溶度积1lgVN=3.40-8330/T(1)lgVC=6.72-9500/T(2)式中V、C、N均为百分数含量。在一般低N含量的

5、情况下(w(N)<0.007%),加热温度900c以上，V(C, N)可完全溶于丫-Fe中，转炉钢N 一般在40-60ppm,钢坯加热温度控制：1030-1100：。精轧后冷却工艺确定：精轧后冷却采用空冷工艺。轧制规格：25mm。3. 验结果与讨论2. 1 V及VN合金加入量对螺纹钢筋性能的影响V及VN合金加入量对螺纹钢筋性能的影响见表三表三 V及VN合金加入量对螺纹钢筋性能的影响化学成分()强度(MPa-屈服抗拉延伸强化规格试验号 C Si Mn PSV点 强度 ()元素251 1 0.190541320.0310.0300543557525IT251 2 0.190.531.32 0

6、.0220.0330.05405 5852625130.210.511.270.0210.0220.0564506052325140.210.521.340.020.0370.05643057029251 -50.20.571.310.0170.0210.0594456102325160.220.561.360.0170.0270.0774756122625170.230.531.370.0220.0270.0795006502425180.20.531.460.0260.0250.08549565022251 90.230.551.430.0160.0220.08548564023251-1

7、00.230.531.410.0330.0170.0951068523251 -110.220.551.370.0290.0190.09551568024251-120.220.521.430.0350.0150.152067523251-130.20.541.430.0220.0270.11151067521251-140.190.51.370.0350.0310.11854873523 铁25210.210.461.260.0220.0360.02542058524 锐25220.20.441.240.0230.0320.0264355902425230.210.421.250.0250.

8、0250.0455006552225240.210.471.310.0170.0270.0454906302925250.230.521.330.0320.0330.1015857152325260.220.591.410.0250.0370.115867132025270.230.511.480.0210.0270.15857152225280.210.511.460.030.0310.0955907152225290.240.521.420.0250.020.160574021252-100.20.521.450.0150.0220.161074522 氮2. 1. 1 VFe钢筋V含量与

9、强度指标关系:VFe钢筋V含量与钢筋强度的关系见图1, V含量与抗拉强度指标符合（b = 2023.8V + 478.47的关系，R2炉0.8876, V含量与屈服点指标符合0 s =1747.1V + 341.57的关系，R2恁=0.9044; V含量与强度指标所建立的方程线性正相关，即强度指标随V含量的增加而升高。钢筋V含量（）图1 VFe钢筋V含量与钢筋强度的关系800图2 VN钢筋V含量与钢筋强度的关系2. 1. 2 VN钢筋V含量与强度指 标关系：VN钢筋V含量与强度指标关 系见图2, VN钢筋V含量与抗拉强 度指标符合入=1671.2V +555.46的关系，R2=0.925, V

10、N钢筋V含量与屈服点指标符合(T s =2034.4V +388.63的关系，R2恁=09515, V含量与强度指标所建立的方程线性正相关，即强度指标随V含量的增加而升高。2. 2 VFe钢筋及VN钢筋的组织VFe钢筋及VN钢筋的金相组织见图3(1-6) VFe钢筋金相组织 200X (1-7) VFe钢筋金相组织200X(1-13) VFe钢筋金相组织 200X (1-14) VFe钢筋金相组织200X(2-5)VN钢筋金相组织 200X(2-6) VN钢筋金相组织200XVFe钢筋及VN钢筋的晶粒度铁素体晶粒尺寸组织见表四，VFe钢筋晶粒 度为10.511.5级，铁素体晶粒尺寸 4.819

11、.6四，VN钢筋晶粒度为11.5 12.0级，铁素体晶粒尺寸2.914.0的。可见VN钢筋的晶粒尺寸比VFe钢筋 的晶粒尺寸细得多。表四 VFe钢筋及VN钢筋的晶粒尺寸试验号金相组织晶粒度（级）铁素体晶粒尺寸（即）16F+P , P 占 34%11.54.21 18.9317F+P, P 占 35%113.48 18.31 13F+P , P 占 38%10.57.34 21.051 14F+P , P 占 34%114.34 20.062 5F+P , P 占 36%122.74 10.5027F+P , P 占 32%113.54 18.4828F+P , P 占 36%12.0 11.5

12、2.54 13.3929F+P , P 占 34%12.0 11.5.2.89 13.492 3 讨论V、 VN 微合金化元素的作用：V 是较容易固溶到钢中、又较容易从钢中析出的微合金化元素，除了与钢中的C 元素形成VC 之外， 更容易与钢中的N相结合形成VN,以VC、N化物的形式存在于基体和晶界上，起到沉淀强化 和抑制晶粒长大的作用。此外，钢中加入微合金化元素V,在轧制过程中会因形变诱导析出，生成V 化合物颗粒，一方面阻止奥氏体晶粒长大，另一方面又能阻止或推迟奥氏体再结晶，细化了奥氏体，从而细化了铁素体晶粒。N 对含 V 钢筋具有很强的强化作用，由于N 与 V 的亲和力作用，VC、N化物中N

13、的增加会使沉淀颗粒缩小，从而增加沉淀颗粒数量，这些细小 和大量析出质点进一步提高了强化效果。V 必须形成C、 N 化物才能发挥强化作用，采用VN 合金，可减少钢中固溶V 含量， 显 著 提 高 微 合 金 化 V 钢的强化效果，提高V的强化作用。VFe钢筋V含量0.050.06%屈服点405455 MPa,抗拉强度57卜610 MPa,达到国标三级钢筋的强度指标要求；V含量0.080.08%屈服点48异500 MPa,抗拉强度指标640650 MPq 达到英标460级钢筋的强度指标要求；V 含量0.11012%屈服点51卜548MPq抗拉强度67异735MPa,达到国标四 级 钢 筋 的强度指

14、标要求VN钢筋V含量V含量0.02异0.026两拉弓虽度585- 590 MPa,屈服点 420435MPa,达到国标三 级钢筋的强度指标要求；V含量0.045%抗拉强度630655 MPa,屈服点490500 MPq 达到英标460级钢筋的强度指标要 求；V含量0.10011啦拉弓S度713745 MPa屈服点585610 MPa,高 于国标四级钢筋的强度指标要求。与VFe钢筋相比，VN钢筋在相同强度水 平下钮的添加量减少4050% VN钢筋不仅成本低，而且性能稳定。3 结论3.1 VFe钢筋及VN钢筋的强度指标与V含量成线性关系：VFe钢筋抗拉强度m=2023.80+478.47屈服点（rs=1747.1V+341.57VN 钢筋抗拉强度 %=1671.2V+555.46屈服点（rs=2034.4V+388.633 2 VN钢筋的晶粒尺寸比VFe钢筋的晶粒尺寸细得多，VFe钢筋晶粒度为 10.5- 11.5级，铁素体晶