不同釩含量對鋼筋組織和性能的影響

  鋼筋是現代建筑結構中鋼筋混凝土的主要增強材料、骨架材料,在建筑結構中承載著各種應力和應變。隨著建筑工業的迅速發展,大型公共建筑、高層建筑等建筑的復雜結構對鋼筋承載能力的要求越來越高,抗震問題也引起了普遍關注。

  在2008年3月1日開始實施的國家熱軋帶肋鋼筋GB1499.2-2007中,第一次明確了抗震鋼筋的牌號,并提出更高的技術要求。為提高建筑物的安全性,國外建筑行業普遍采用焊接性能好、強度高的抗震鋼筋,如歐美、澳大利亞、新西蘭等國家主要使用400MPa、500MPa級別高強度抗震鋼筋。500MPa級鋼筋是我國目前最高等級的熱軋鋼筋,可滿足高層、超高層建筑和大型框架結構等對高強度、大規格鋼筋的需求。用它取代HRB335鋼筋可節約用量28%以上,取代HRB400可節約14%的用量。和普通鋼筋相比,抗震鋼筋以屈服強度(Rel)、抗拉強度(Rm)與強屈比(Rm實/Rel實)、均勻伸長率(Agt)進行衡量,要求具有較高且穩定的屈服強度和良好的延性(采用均勻伸長率及強屈比表征)、高應變低周疲勞性能。在低合金鋼中添加微合金元素V,通過其形成的碳氮化物產生的沉淀強化和晶粒細化作用,可大大提高鋼的強度,獲得良好的塑韌性。抗震鋼筋良好的強度和塑韌性,使鋼筋從變形到斷裂的時間間隔變長,有效地實現“建筑結構發生變形到倒塌時間間隔盡可能延長”、“犧牲局部保整體”的抗震設計目的。

  試驗材料均為500MPa抗震鋼筋,試驗鋼筋的生產工藝路線是:50tLD轉爐吹煉→吹氬處理→方坯連鑄→加熱爐加熱→軋機軋制→控制冷卻→冷床空冷→切剪、包裝→500E高強度抗震鋼筋。抗震鋼筋的化學成分為(質量分數,%):0.22C,0.49Si,1.31Mn,0.028S,0.032P,0.054Ni,0.054Cr,0.062Cu,余Fe。在抗震鋼筋中加入0.03%-0.05%V。

  釩微合金化500MPa鋼筋的過渡層和心部組織都是由多邊形鐵素體+珠光體組成,越靠近表層,組織越細小。鐵素體晶粒相對粗大是造成含釩鋼筋強屈比不達標的主要原因。規格為Φ16的含釩量為0.05wt%的鋼筋的鐵素體晶粒平均尺寸為8.4μm,珠光體含量為47.2%,淬硬層厚度為0.49mm。透射電鏡分析結果表明,細小的微合金碳氮化物主要在鐵素體晶內位錯和晶界處析出,含釩鋼筋中析出相含量較少。