hrb400e钢筋是几级钢 (hrb400e钢筋多少钱一吨)
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摘要：对钛微合金化生产 HRB400E 热轧带肋钢筋中 TiN 的析出行为进行了计算，并对钢筋晶粒度和力学性能进行了检测，结果表明：Ti 含量控制在 0.0050%~0.0080%时，在凝固过程中析出 TiN 夹杂所需要的 N 含量为 0.0069%~0.0332%。新三洲 HRB400E 热轧带肋钢筋氮含量控制在 0.009915%~0.012395，TiN 在凝固过程中析出。钛微合金化生产的 HRB400E 热轧带肋钢筋，铁素体晶粒度达到了 11 级以上，抗拉强度达到了 610 MPa 以上。
关键词：HRB400E 热轧带肋钢筋；TiN；微合金化；析出
HRB400E 热轧带肋钢筋俗称螺纹钢，是我国钢材产品中消耗量最大的一类钢材，这类钢材被广泛应用于房屋、土木建筑等方面 。目前，国内外有很多钢厂采用铌、钒微合金化来提高钢筋的强度，得到高品质螺纹钢，该工艺技术已经相当成熟。但是由于铌和钒的价格较为昂贵，故考虑用钛系夹杂物来代替铌、钒达到细化晶粒的目的。钛是地壳中分布较为广泛的元素之一，与铌和钒元素相比，钛在地壳中的含量十分丰富，其丰度为 0.57% 。中国的 Ti 资源比较丰富，采用 Ti 微合金来取代或部分代替铌、钒强化螺纹钢性能，能有效降低成本，提高企业收益。
成国光 、张帆 等人利用基本凝固理论计算得出了 TiN 在冶炼过程和凝固过程中析出的条件，从理论上研究了超纯铁素体不锈钢、低碳洁净钢等的凝固过程中 TiN 的析出和形核规律，验证了 TiN 夹杂细化晶粒的可行性。
但 Ti 化学性质活泼，钛析出物的种类、数量、尺寸容易受钢中其他元素含量的影响，使析出物强化效果不稳定，且较大尺寸的 TiN 夹杂物对钢的生产和产品质量有很大危害 ，钢材性能波动大，难以满足大批量、稳定生产的要求。实际上，微量的氮钛就可以从热力学上形成 TiN ，在析出之后的凝固过程中长大。朱宝晶 等人通过计算结果表明，在液相线温度以上析出的 TiN 尺寸都较大，若要得到细小弥散的 TiN，则需要控制 Ti、N 的浓度，使其在固相线温度和液相线温度之间析出 TiN 夹杂。
本文对 HRB400E 热轧带肋钢筋中 TiN 夹杂析出行为进行了热力学计算，进一步阐明Ti、N 含量对 TiN 夹杂析出的影响，并分析了钛微合金化对 HRB400E 热轧带肋钢筋抗拉强度、晶粒度所产生的强化作用，为今后研究及控制 TiN 对 HRB400E 热轧带肋钢筋的强化作用奠定了理论基础。
1 HRB400E 热轧带肋钢筋生产工艺流程
新三洲特钢有限公司采用了目前螺纹钢筋生产企业普遍的设备和生产工艺。转炉冶炼过程中采用高废钢比配料模式，如图 1 所示，转炉废钢比控制在 25%以上，平均废钢比达到28.9%。在转炉钢水出钢过程加入3.5kg/t 的预熔精炼渣，依次加入硅铁、硅锰进行脱氧合金化，并加入高分子增氮剂进行增氮处理，底吹搅拌时间控制在 6 分钟以上。炉后吹氩站使用稀土钛合金包芯线进行成分微调。全程钢包加盖、保护浇注，并保持 18 分钟浇注周期的快节奏生产模式，减少钢水转移和浇注过程中的温度损失，实现全程低温操作。
2 氮化钛析出的热力学计算
HRB400E 热轧带肋钢筋化学成分如表1所示。
钢液相线温度和固相线温度的近似计算公式用式(1)表示。
t = 1538 − ∑∆������ ������ × ������ ������ (1)
式中 t-液相线温度或固相线温度，℃；
Δt x -元素 x 含量为 1%（质量分数）时熔点降低值，℃；
ω x ——x 元素含量（质量分数），%。
计算液相线温度和固相线温度的 Δt x 数值如表 2 所示。由式（1）和表 2 可知，HRB400E
热轧带肋钢筋的液相线温度为 1505℃，固相线温度为 1403℃。
表2 液相线温度和固相线温度Δt x 数值表
钢液中 TiN 析出的热力学反应式如下：
[Ti] + [N] = TiN (s) (2)
∆G ������ = −29100 + 107.91T (3)
反应(2)的平衡常数 K 由下式决定：
式中：a TiN(s) -TiN 的活度，取值为 1；a [Ti] -钢液中钛的活度；a [N] -钢液中氮的活度；f [Ti] -钢液中钛的活度系数；f [N] -钢液中氮的活度系数；[%Ti]-钢液中钛的质量分数；[%N]-钢液中氮的质量分数。
钢液中钛和氮的活度系数 lgf [Ti] 和 lgf [N] 可分别由式（7）和式（8）计算得到。
1873k 时钢液中元素的活度系数 f 可由式（9）计算得到。
表 3 为 1600℃时钢液中各个元素的相互作用系数 е i j 。
2.1 液相线温度以上氮化钛的析出行为
将 HRB400E 热轧带肋钢筋的成分和表 3 的相互作用系数代入式(9)，得到式（10）和式（11）。
由式(12)可得到在钢液在液相线温度以上 TiN 析出的 Ti-N 浓度关系图，如图 2 所示。
由图 2 可知，随着温度降低，在相同的 Ti 含量条件下，要形成 TiN 所需要的 N 含量也逐渐减少，TiN 越容易析出。新三洲特钢生产的 HRB400E 热轧带肋钢筋的 Ti 含量范围在0.0050%~0.0080%，若要在这个含量范围在该温度下析出 TiN 夹杂，则需要 N 含量范围控制在 0.172%~0.275%。在液相线温度以上析出的 TiN 一般比较粗大，无法利用液态析出的 TiN作为形核核心，不仅起不到细化晶粒的作用，还会对钢材的疲劳寿命产生不利影响。
2.2 在液相线温度和固相线温度之间氮化钛的析出行为
随着温度的降低,氮和钛在钢中的溶解度也逐渐降低,当其浓度积达到一定值时即将析出氮化钛,这时析出物在钢中的溶解度随温度变化的函数表达式（15）所示。
由式（15）可以得到钢液凝固过程中 TiN 析出时 Ti 和 N 的浓度平衡关系，如图 3 所示，当液相线温度为 1505℃时，钛氮浓度积为 0.00138，固相线温度为 1403℃时，钛氮浓度积为0.000056。
由图 3 可知，随着温度降低，TiN 越来越容易析出。当 Ti 含量为 0.0050%~0.0080%时，在凝固过程中析出 TiN 夹杂所需要的 N 含量为 0.0069%~0.0332%。表 4 为新三洲特钢有限公司HRB400E热轧带肋钢筋的轧材氮含量，由表4可知氮含量控制在0.009915%~0.012395%。在此氮含量范围内，可以保证 TiN 在凝固过程中析出。
3 HRB400E 热轧带肋钢筋晶粒度和力学性能
3.1 钛微合金化钢筋 TiN 夹杂
图 4 为微合金化生产的 HRB400E 热轧带肋钢筋析出的 TiN 夹杂形貌和面扫描结果，由图 4 可以看出，通过转炉出钢后钛微合金化处理工艺，钢液中 Ti 元素与氮元素在凝固过程中析出，形成尺寸在 3μm 以下的 TiN 夹杂。
3.2 钛微合金化钢筋金相组织
采用 GB/T 6394-2017 金属平均晶粒度测定方法对钛微合金化生产的钢筋进行分析。用4%的硝酸酒精对试样进行腐蚀，用酒精清洗干净后在扫描电镜下进行观察。结果如图 5 所示。
由图 5 可以看出，钛微合金化钢筋中以珠光体和铁素体为主，其中珠光体占 38.4%，其余为铁素体组织 61.6%。表 5 为钛微合金化钢筋铁素体晶粒度分析结果，结果表明经过钛微合金化生产的 HRB400E 热轧带肋钢筋铁素体晶粒度达到了 11 级以上。HRHRB400E 钢筋经过转炉出钢钛微合金化处理后，加入钢液中的钛元素和氮元素在钢液凝固过程中析出，起到了细化晶粒的作用。
3.3 钛微合金化钢筋力学性能
采用国家标准 GB/T 228.1-2010 金属材料拉伸试验进行试样加工与力学测试。力学性能测试结果如表 6 所示。由表 6 可知，经过钛微合金化生产的 HRB400E 热轧带肋钢筋平均抗拉强度达到了 610 MPa 以上。抗拉强度超过了国家 HRB400E 钢筋的标准（540MPa），下屈服强度达到了 430 MPa 以上。通过转炉炉后钛合金化处理，发挥了 TiN 细化晶粒的作用，提高了 HRB400E 热轧带肋钢筋的抗拉强度。
4. 结论
(1)在 HRB400E 热轧带肋钢筋 Ti 含量控制在 0.0050%~0.0080%时， N 含量范围在0.172%~0.275%会在液相线温度以上析出 TiN。
(2) Ti 含量在 0.0050%~0.0080%时，将 N 含量控制在 0.0069%~0.0332%，可以使 TiN 在凝固过程中析出。新三洲 HRB400E 热轧带肋钢筋氮含量控制在 0.009915%~0.012395，TiN在凝固过程中析出。
(3)通过控制钢液中的钛、氮含量，经过转炉炉后钛微合金化生产的 HRB400E 热轧带肋钢筋铁素体晶粒度达到了 11 级以上，抗拉强度达到了 610 MPa 以上。
信息来源：冶金之家
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