不同钒含量对钢筋组织和性能的影响

  钢筋是现代建筑结构中钢筋混凝土的主要增强材料、骨架材料,在建筑结构中承载着各种应力和应变。随着建筑工业的迅速发展,大型公共建筑、高层建筑等建筑的复杂结构对钢筋承载能力的要求越来越高,抗震问题也引起了普遍关注。

  在2008年3月1日开始实施的国家热轧带肋钢筋GB1499.2-2007中,第一次明确了抗震钢筋的牌号,并提出更高的技术要求。为提高建筑物的安全性,国外建筑行业普遍采用焊接性能好、强度高的抗震钢筋,如欧美、澳大利亚、新西兰等国家主要使用400MPa、500MPa级别高强度抗震钢筋。500MPa级钢筋是我国目前最高等级的热轧钢筋,可满足高层、超高层建筑和大型框架结构等对高强度、大规格钢筋的需求。用它取代HRB335钢筋可节约用量28%以上,取代HRB400可节约14%的用量。和普通钢筋相比,抗震钢筋以屈服强度(Rel)、抗拉强度(Rm)与强屈比(Rm实/Rel实)、均匀伸长率(Agt)进行衡量,要求具有较高且稳定的屈服强度和良好的延性(采用均匀伸长率及强屈比表征)、高应变低周疲劳性能。在低合金钢中添加微合金元素V,通过其形成的碳氮化物产生的沉淀强化和晶粒细化作用,可大大提高钢的强度,获得良好的塑韧性。抗震钢筋良好的强度和塑韧性,使钢筋从变形到断裂的时间间隔变长,有效地实现“建筑结构发生变形到倒塌时间间隔尽可能延长”、“牺牲局部保整体”的抗震设计目的。

  试验材料均为500MPa抗震钢筋,试验钢筋的生产工艺路线是:50tLD转炉吹炼→吹氩处理→方坯连铸→加热炉加热→轧机轧制→控制冷却→冷床空冷→切剪、包装→500E高强度抗震钢筋。抗震钢筋的化学成分为(质量分数,%):0.22C,0.49Si,1.31Mn,0.028S,0.032P,0.054Ni,0.054Cr,0.062Cu,余Fe。在抗震钢筋中加入0.03%-0.05%V。

  钒微合金化500MPa钢筋的过渡层和心部组织都是由多边形铁素体+珠光体组成,越靠近表层,组织越细小。铁素体晶粒相对粗大是造成含钒钢筋强屈比不达标的主要原因。规格为Φ16的含钒量为0.05wt%的钢筋的铁素体晶粒平均尺寸为8.4μm,珠光体含量为47.2%,淬硬层厚度为0.49mm。透射电镜分析结果表明,细小的微合金碳氮化物主要在铁素体晶内位错和晶界处析出,含钒钢筋中析出相含量较少。