铬、锰对HRB400钢筋力学性能的影响

1.35%低、中、高猛条件下,随Cr含量的增加，试验钢筋屈服强度、抗拉强度随之提高，微量锯元素起一定的强化作

用，从而可减少Mn元素加入量;Cr含量由0.1%增加至0.3%珠光体含量增加，且晶粒度平均在8~9级，钢中有

Cr-Fe-Mn复合合金渗碳体和锯碳化物析出;0, 125 -0. 135% Mn ,0. 20% Cr试验钢筋组织和力学性能达到国标规定

的要求;且根据试验结果并结合当前合金元素的价格，吨钢可节约成本约20元。关键词合金化HRB400钢筋力学性能Effects of Cr and Mm on Mechanical Properties

of Steel Bar HRB400Gao Ju1 , Yan Shaowei2, Ma Lixing1 and Yin Jinzhi1（1 School of Qian' An,North China University of Science And Technology,Qian * An 0400；2 Hebei Tangyin Iron Steel Co Ltd ,Tangshan 063000 j

Abstract Concerning the phenomenon of high residual Cr in steel bar,the influence of the mass fraction of Cr, Mn al­loy elements on the mechanical properties and microstructure of HRB400 test steel bars in laboratory conditions is studied. The relationship between mechanical properties and the content of pearlite, and the microstructure of precipitated particles was also analyzed by transmission electron microscopy. The experimental results are as follows. At low, medium and high Mn content of 1. 15% ,1.25% and 1.35% respectively, the yield strength and tensile strength of test steel bars raised with the increase of Cr. Cr played a certain strengthening role, which can reduce Mn addition. The content of pearlite raised with in- creasinhg Cr from 0. 1% to 0. 3% ,the average grain size was 8 - 9, Meanwhile,Cr-Fe-Mn composite alloy cementite and Cr carbide have been precipitated from steel. The microstructure and mechanical properties of the reinforced rebar with 0. 125% ~ 0. 135% Mn ,0. 20% Cr meet the requirements of intemational standard. Based on the test results and the current price of alloying elements, the cost per ton of steel can be reduced by about 20 yuan.Material Index Alloying, HRB400 Steel Bar, Mechanical Properties热轧带肋钢筋生产通常采用三种基本工艺，即

1.20%、中猛 1. 20% ~ 1.30%、高猛 1. 30% ~

1.40%三个类别，每个类别中，Cr含量分别为

微合金化、轧后余热处理和超细晶化3］。余热处理 工艺因为可焊性等问题不为中国市场所认可X］。

0. 10% .0. 20%和0.30%,试验用钢的成分设计见

表1。目前我国400MPaID级以上的钢筋生产工艺,大多采

用添加锐、锭等合金元素的方式保证强度⑴2〕，出于

降低生产成本的目的，本试验研究了不同配比的 表1试验用钢的成分设计/%Table 1 Composition design of experimantal steel /%编号CMnCr、Mn合金元素含量对HRB400试验钢筋力学性能

及显微组织的影响。通过用Cr代替部分Mn进行 成分设计试验，以期利用钢中残留的锯元素对强度

SPSiCr备注低猛123450.221. 15W0.0400.221.15W0.0400.221.15W0.0400.221.25W0.0400.221.25W0.0400.221.25W0.0400.221.35W0. 0400.221.35W0.0400.221.35W0. 040W0.040W0.040W0. 040的贡献，替代部分猛元素对强度的贡献，降低硅猛合 金的使用量。0.30 ~0.400. 100.30-0.400.200.30-0.400.306W0.0400.30 -0.400. 10W0.0400.30 -0.400.20W0.0400.30-0.400.30中猛1成分设计试验用钢选定碳含量0. 22% ,低猛1. 10% ~7W0.040W0.040W0.0400.30-0.400. 100.30-0.400.200.30-0.400.30高猛• 60 •2试验方法特殊钢第40卷440 MPa以上，获得了较为理想的性能。(3) Mnl. 35%的高猛方案中，当Cr =0.29%

时，出现了强屈比＜1.25的问题，不能满足国标要 求，因此在高猛条件下，钢中Cr含量宜低于0. 30%。

使用100 kg真空感应熔炼炉进行冶炼,对冶炼

后的9支钢锭进行成分分析，结果见表2。再将钢 锭锻成20 mm x 25 mm x 300 mmo开锻温度

1 100 - 1 150^,终锻温度900 ~950T,锻后空冷。

拉伸性能所用试样参照国标GB/T228-2010,精加工 成直径为¢8111111,标距长度50 mm的拉伸试样：3.2锯、猛含量对钢筋强度的影响在其他元素含量基本相同时，考察锯含量对强

度的影响。比较2和3号、5和6号、7和8号，在镒 含量分别为1- 15% J.25%、1.35%时，增加锯含量 起到强化作用。见图1 (a)(b)所示。3试验结果与分析3. 1钢筋的化学成分及力学性能检测结果表2结果表明,9支钢锭成分均在设计成分范

3.3锯、猛含量对钢筋韧性的影响由图1可知，在猛含量分别为1- 15%、1.25%、

围内。对表2中的数据与国标要求进行对比，可以 发现：1.35%时,试验钢的断后伸氏率均符合国标的规定,

随锯含量升高，含悟镰钢筋的断后伸长率呈现出不 同程度的降低。(DMnl.15%的低猛方案中，当Cr = 0. 11%时,

出现了下屈服强度低于400 MPa的问题，不能满足 国标要求；当Cr = 0. 20%时，下屈服强度仅为

3.4含Cr钢筋的显微组织结果从表3中可以看出，试样金相组织均为铁素

410 MPa,不能保证时效后仍满足国标，应予舍弃;

当0=0.30%时，下屈服强度426 MPa,获得了较为 理想的性能。体+珠光体。3*、5*、6# .7*、8\"试样珠光体沿轧制方

向分布均匀成带状，且铁素体晶粒大小比较平均: 经过晶粒度评级.铁素体晶粒度平均在8-9级。

(2)Mnl.25%的中猛方案中，当Cr=0. 10%时,

下屈服强度仅为418 MPa,不能保证时效后仍满足 国标，应予舍弃；当Cr^0.20%时，下屈服强度处于2#、3#、5»、6* 丁、对试样随着Cr含量的增加,珠光体

含量增加。结果如图2所示。3.5含Cr钢筋的夹杂物、析出物分析表2 Q8 mm钢筋化学成分及力学性能Table 2 Chemical composition and mechanical properties of 8 mm Steel Bar

编号-成分/%C1234560.240.230.220.220.220.210.210.230.22Mn1. 151.15I. 15S0.0160.0130.0100.0260.0100.0170.0190.0140.017P 0.0310.030.034Si0.370.350.360.340.380.330.370.390.35Ni0. 120. 130. 17CrCu方案低猛抗拉强 度/MPa下屈服强 度/MPa断后伸 长率/%强屈比 屈屈比(>1.25)1.501.501.47(<1.30)0. 110.200.300. 100.210.310. 100.210.290.010.010.010.050.010.01596613626602607629397410421844345543446942225212223.5202220.5200.991.031.071.051. 111. 141.251.251.251.351.351.350.0290.0300.0370. 120. 100. 120.110. 130. 14632 63 0 62 8 662 62 4 62 2 62 0 61 61 61 61

中猛1.441.371.3870.0270.0310.0420.010.020.02高猛6276326061.441.341.241.091. 171.22总、褂申¾匹茗

0.o

0.8

0.22

0.260.100.4

0.8

a22

0.260.300.100.140.8

0.220.26

0..30图1 Cr含量对试验钢屈服强度(a),抗拉强度(b)和伸长率(c)的影响Fig. 1 Effect of Cr content on yield strength ( a) ,tensile strength ( b) and elongation ( c) of test steel第4期高 菊等:箔、猛对HRB400钢筋力学性能的影响・61・表3金相组织结构、珠光体含量和晶粒级别统计5\"和&试样中发现了细小析岀颗粒。通过电子探针

Table 3 Statistics of microstructure, pearlite content andgrain level对析出颗粒的组织、化学成分进一步观察得出，5*、

编号显微组织珠光体百分含量/%晶粒级别6*试样制备样品中的析出颗粒尺寸为40 -50 nm的

2铁素体+珠光体25. 18.4Cr的碳化物相,Cr作为中等碳化物形成元素，以碳

3铁素体+珠光体28.78.75铁素体+珠光体25.39化物的形态析出较少，主要在钢中置换Fe形成合金 6铁素体+珠光体27.7铁素体+珠光体23.29渗碳体(Fe、Cr、Mn)3：通过增加珠光体含量强化性 8铁素体+珠光体25.能。渗碳体中含有Cr、Fe、Mn,其成分含量分别为

1.03% ,4.67%、93.28%。293.6成本比较28在猛含量为1. 15% -1.35%时，增加[Cr]起到 27

强化作用，部分试验钢筋的强度、塑性可达到

26

8*1

1 ■

HRB400钢筋的性能指标，与不含[Cr],1.45%Mn

252*#5

・

24原钢水配比成分相比，此时节约猛元素0. 2% ~

0.3%。根据试验结果并结合当前猛铁价格.吨钢可23降低成本约20元。0.10

0.150.20

0.25 0.30 0.35Cr/%4结论图2 Cr含量对试验光体含量的影响

Fig. 2 Effect of Cr content onarlite of test steel(l)Cr对组织变化的作用较大，随着Cr含量增

加,形成的Cr-Fe-Mn合金渗碳体增加了珠光体含量，进一步提高了强度，部分试 验钢筋组织和力学性能达到国 标规定的要求。(2)钢中有Cr-Fe-Mn复合

合金渗碳体和辂碳化物析出；可 利用珠光体对强度的贡献来减 少猛元素加入量；在猛含量为1. 15% - 1. 35%时，与不含

[Cr] ,1.45%Mn原钢水配比成

图3试验钢MnS夹杂形貌能谱图分相比，此时可节约猛元素约

Fig. 3 Morphology and energy spectrum of MnS inclusion in test steel0.2% ~0. 3%。根据试验结果图3是在扫描电镜下观察到的萨试样中的夹 并结合当前合金元素的价格，吨杂物，通过能谱分析可确定为MnS夹杂，且夹杂尺

钢可降低成本约20元。寸均小于10 \"m,弥散分布，对强度性能影响较小。华北理工大学青年基金项目资助(Z201624)参考文献L 1 J陈兴银.HRB500E抗震钢筋开发[J].科技创新与应用.2013

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高 菊(1980-),女，硕士(2009年河北理工大学)，讲师, 金,2010,32(1):21-22.2003年河北理工大学(本科)毕业，凝固理论与钢质量控制 [7] 祝学智，范银平.460 MPa及500 MPa级热轧带肋钢筋的研制与

研究o Email ：robbg_1018@ 163. com

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