HRB500E是國標GB1499.2—2018“鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋”規定的一種熱軋帶肋Ⅳ級鋼筋，舊稱四級鋼筋，屈服強度不小于500 MPa，直徑一般為6~100 mm。目前，世界各國的建筑已向大型化發展，為了提高大型建筑物的安全性，國外建筑行業已普遍采用焊接性能好、強度高的500 MPa級鋼筋。為實現我國建筑用鋼筋的升級換代，國內已研制成功500 MPa級鋼筋并形成批量生產能力，滿足市場的需求[1-5]。

鋼鐵工業“十二五”發展規劃明確提出，在全國大中城市全面推廣使用400、500 MPa高強度螺紋鋼筋，促進建筑鋼材升級換代和減量應用。為了響應國家號召和滿足國家對新產品的嚴格要求，同時為了更好更快地取得市場占有率，三寶鋼鐵有限公司于2019年初開始新國標HRB500E產品開發，進行高硅高錳產品的生產試驗，取得了一定的成績[6-8]。

1.   國標冶煉要求

鋼筋混凝土用HRB500E螺紋鋼新國標GB/T 1499.2—2018于2018年2月6日發布，2018年11月1日開始實施，規定其冶煉工藝只能采用轉爐或者電爐工藝，必要時可采用爐外精煉，化學成分要求如表1所示，其中碳當量w(Ceq)可按公式計算：w(Ceq)=w(C)+w(Mn)/6+w(w(Cr)+w(V)+w(Mo))/5+ (w(Cu)+w(Ni))/15，鋼的氮含量(質量分數)應不大于0.012%，鋼中如有足夠數量的氮結合元素，含氮量的限制可適當放寬。

表  1  化學成分要求（質量分數，%）

鋼種	C	Si	Mn	P	S	Ceq
HRB500E	≤0.25	≤0.80	≤1.60	≤0.045	≤0.045	≤0.55

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2.   冶煉過程控制

新國標鋼筋混凝土用HRB500E采用轉爐煉鋼和鎮靜鋼脫氧方法生產，工藝流程為：裝入操作→100 t轉爐冶煉→出鋼及脫氧合金化→吹氬→連鑄。

2.1   化學成分設計

結合螺紋鋼HRB500E的合金元素在鋼筋中所發揮的作用及國標GB/T 1499.2－2018規定的化學成分要求，設計了鋼筋混凝土用螺紋鋼HRB500E元素含量控制標準，如表2所示。

表  2  化學成分控制標準（質量分數，%）

標準	C	Si	Mn	P	S	Ceq
內控	0.23～0.25	0.65～0.70	1.55～1.60	≤0.030	≤0.030	≤0.55
目標	0.24	0.65	1.58	≤0.020	≤0.020	≤0.54
注：當成品w(S)≥0.030%時，Mn的質量分數按照0.40%~0.50%控制；鐵水w(S)>0.045%不允許入爐冶煉，連鑄開澆爐次Si含量按照目標值上限控制。

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2.2   裝入制度

轉爐裝入制度采用定量裝入，根據爐況、生產組織情況、鐵水成分和溫度來調整廢鋼加入量，具體控制情況如表3所示。

表  3  裝入制度

項目	鐵水成分(質量分數)/%				鐵水溫度/℃	裝入量/t
控制要求	C	Si	P	S	≥1380	102±2.0
	≥3.80	≤0.60	≤0.200	≤0.045
注：鐵水成分與溫度異常時，可適當調整冶煉工藝；根據鐵水和廢鋼情況，可適當調整裝入量。

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2.3   供氧制度

供氧制度采用變壓變槍法，進料完畢后，搖正爐體下槍吹煉。氧槍噴頭采用四孔拉瓦爾型，噴孔夾角12°，擴張角為11°30′，喉口長度7 mm，工作氧壓控制在0.80~0.85 MPa，流量控制在20000~26000 m3/h。吹煉前期槍位控制在1400~1600 mm，中期槍位控制在1500~1800 mm，后期槍位控制在1300~1500 mm，拉碳槍位控制在1200 mm，火焰情況不正常時槍位可以適當調節，以化渣正常為宜。

2.4   造渣制度

造渣制度采用分批加料法。開吹火焰正常后，根據鐵水成分與溫度情況，并結合操作經驗，石灰總量控制在2000~3000 kg，輕燒白云石總量控制在1000~2000 kg，一批料加入石灰總量的2/3和全部輕燒白云石，二批石灰料、三批石灰料根據吹煉情況適時加入，吹煉結束之前加完，確保初期渣早化、過程渣化好、終渣化透。

2.5   溫度及終點控制制度

過程溫度控制保證化好渣、不噴濺不返干、溫度平穩上升；終點溫度控制在1640~1670 ℃，開澆第一爐、新出鋼口和新鋼包等特殊情況可以適當提高出鋼溫度。終點C質量分數控制在0.06%~0.13%，防止鋼水氧含量高，影響鋼水質量；終點P質量分數控制在0.020%以下，防止擋渣失敗時回磷導致鋼水P含量過高造成化學廢品。

2.6   出鋼及脫氧合金化制度

出鋼過程采用擋渣球進行擋渣操作，確保擋渣成功率達到90%以上，保證鋼包渣層厚度不大于200 mm。采用脫氧劑（硅鈣鋇和鋁錠）、硅錳合金進行脫氧合金化。合金加入順序為：脫氧劑→硅鐵合金→硅錳合金，合金在出鋼至1/4~1/3時開始加入，出鋼至2/3~3/4時加完，具體見表4。

表  4  脫氧合金化制度

種類	脫氧劑（硅鈣鋇/鋁錠）FeSi45Ca11Ba10	硅鐵合金FeSi72	硅錳合金Mn65Si17	增碳劑
加入量/(kg/t)	0.53~0.74	3.16~3.58	22.11~23.16	根據終點
加入量/(kg/爐)	50~70	300~340	2100~2200	根據終點
注：出鋼量按95.00 t/爐計，冶煉鋼水殘Mn質量分數按0.10%計；硅鐵、硅錳合金增C質量分數按0.020%計；可根據冶煉終點、出鋼量等情況調整合金加入量。

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2.7   爐后吹氬處理

爐后吹氬站吹氬處理對鋼液夾雜物與溫度分布影響很大，足夠的吹氬時間既能促進鋼液中的夾雜物充分上浮，也能促進鋼水溫度的均勻分布，可以提高測溫的準確性，吹氬工藝控制如表5所示。

2.8   冶煉結果

通過采取以上工藝控制措施，對HRB500E前5爐鋼液生產情況進行統計，如表6所示。

表  5  吹氬處理控制要求

吹氬時間/s	氬后溫度（平臺溫度）/℃
	開澆第一、二爐	連澆爐
≥240	1610~1635	1570~1605
注: 優先采用底吹，若底吹失敗才能采用頂吹；鋼水吹氬后溫度允許低于下限值。

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表  6  冶煉結果

爐次	鋼液成分（質量分數）/ %					氧質量分數/10−6	氮質量分數/10−6	噸鋼鋼鐵料消耗/kg	噸鋼合金消耗/kg	冶煉周期/ min
	C	Si	Mn	S	P
1	0.25	0.65	1.58	0.025	0.025	28.5	25.5	1073.39	25.47	28.4
2	0.24	0.66	1.60	0.023	0.023	28.9	26.8	1073.41	25.23	28.7
3	0.24	0.67	1.60	0.026	0.026	30.3	30.7	1073.25	25.35	28.2
4	0.25	0.65	1.57	0.022	0.027	31.2	33.6	1072.81	25.31	28.4
5	0.24	0.64	1.59	0.024	0.025	32.2	32.4	1072.90	25.26	27.8
平均	0.24	0.65	1.59	0.024	0.025	30.2	29.8	1073.20	25.32	28.3

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3.   結束語

通過采用合理化學成分設計，控制好轉爐煉鋼五大制度和爐后吹氬處理工藝等手段，冶煉獲得了符合國標化學成分要求的HRB500E，并且鋼液的氧含量和氮含量較低。試驗工藝生產HRB500E鋼液相關的鋼鐵料消耗、合金消耗和冶煉周期均在正常生產控制范圍之內，在日常生產中是合理可行和值得推廣的。