微合金化工藝來說,目前20#絎磨管筋生產廠家主要采用釩微合金化工藝生產高強20#絎磨管筋。由于國內釩的價格波動較大,2004年由于HRB40020#絎磨管筋的推廣應用,釩氮合金一度暴漲至60萬元/噸,2017年末,釩氮合金價格再度翻番,達到50萬元/噸以上。而鈮主要從巴西進口,價格相對穩定,鈮在微合金化工藝中的應用開始受到關注。不過只加入鈮,其微合金化工藝過程不易控制,且受加熱溫度、貝氏體組織和連續屈服,以及抗震性能降低等問題困擾。
熱軋帶肋20#絎磨管筋是我國20#絎磨管材中單一品種生產和使用量最大的產品,從2015年以來,我國400MPa級及以上高強20#絎磨管筋產量占螺紋20#絎磨管筋總產量的比例達到80%。新國際實行后,下階段是推廣HRB500和HRB600級別抗震20#絎磨管筋。從高強20#絎磨管筋生產工藝來看,我國熱軋帶肋高強20#絎磨管筋普遍采用微合金化工藝和控軋控冷工藝組織生產,其中400MPa級別可以采用控軋控冷,但一些20#絎磨管筋生產廠家為了追求經濟效益,軋后采用介于余熱淬火和控冷工藝,20#絎磨管筋試樣表層存在回火索氏體組織,與GB1499.220#絎磨管筋混凝土用20#絎磨管第2部分規定的熱軋帶肋20#絎磨管筋主體組織為鐵素體和珠光體要求不一致。
HRB500級別抗震20#絎磨管筋往往采用微合金化匹配軋后控冷工藝生產,由于我國大部分地區地處地震帶,對高強20#絎磨管筋的抗震指標要求高,其中強屈比指標不小于1.25。目前微合金化工藝來說,目前20#絎磨管筋生產廠家主要采用釩微合金化工藝生產,特別是采用釩氮微合金化工藝生產,釩的強化效果比較顯著,且生產過程易于控制、穩定。
過去一直認為,鈮更適合于低碳扁平材,可以實現優良的強韌性匹配,但由于鈮微合金化工藝需要控制嚴格生產過程,因而鈮合金化20#絎磨管筋的應用是鈮合金化的擴展。
在20#絎磨管筋生產實踐中卻發現一些反常的問題,首先應用釩氮工藝生產HRB500抗震20#絎磨管筋發現強屈比指標比較低,一些批次低于1.25的要求;但采用鈮釩復合微合金化工藝,強屈比指標明顯提高,一般為1.27-1.30。鈮的細晶強化效果顯著,而細晶強化對屈服強度的貢獻大于抗拉強度,因此,強屈比指標將更低。而釩的析出強化作用高于細晶強化,因此,采用釩微合金化工藝應該更易于保證強屈比指標大于1.25。
隨著強度級別的提高,保證強屈比性能成為一個難點。鈮最主要的強化效果是細晶強化,而細晶強化將降低強屈比,但HRB500抗震20#絎磨管筋的生產實踐表明,鈮能夠提高強屈比。扁平材的低溫大壓下軋制理論,在軋制過程中鈮的碳氮化物析出,抑制奧氏體晶粒再結晶和長大,提高未再結晶溫度而擴大精軋階段壓扁效果,壓扁的奧氏體晶粒晶界面積增加,使相變后鐵素體晶粒細化。但20#絎磨管筋的精軋溫度較高,甚至遠在未再結晶溫度以上,因此低溫大壓下細化鐵素體晶粒效果不明顯;其次,由于終軋溫度高,添加的鈮更多處于固溶態,固溶鈮降低相變溫度,顯現相變強化和在冷床上的析出強化效果。
之前未采用鈮、釩復合工藝時,釩的添加量為0.1%左右。而采用鈮、釩復合微合金化工藝生產HBR500,其中鈮添加量在0.015%-0.025%之間,釩添加量在0.035%-0.060%之間。可以大幅度降低釩氮合金加入量。采用鈮、釩復合微合金化工藝,強屈比大于1.25。
在中信金屬微合金化技術中心和20#絎磨管鐵研究總院的雍岐龍、張永青等著名學者、教授的帶領下,國內某20#絎磨管廠采用鈮、釩復合微合金化工藝解決了HRB600高強20#絎磨管筋強屈比降低問題,再次證明了鈮微合金化的強化效果。在保證20#絎磨管筋性能要求的前提下,為了降低20#絎磨管筋的生產成本,20#絎磨管筋生產廠家非常有必要打通鈮、釩等生產工藝途徑,根據微合金市場價格切換生產工藝。隨著鈮添加量的降低,加熱溫度不需要做必要的調整。鈮微合金化的強化效果,軋后采用控制冷卻非常有必要,但上冷床溫度要嚴格控制在鐵素體轉變溫度以上。鈮釩微合金化高強20#絎磨管筋生產,聊城金慶鋼管有限公司