微合金化工藝來(lái)說(shuō)，目前20#絎磨管筋生產(chǎn)廠家主要采用釩微合金化工藝生產(chǎn)高強(qiáng)20#絎磨管筋。由于國(guó)內(nèi)釩的價(jià)格波動(dòng)較大，2004年由于HRB40020#絎磨管筋的推廣應(yīng)用，釩氮合金一度暴漲至60萬(wàn)元/噸，2017年末，釩氮合金價(jià)格再度翻番，達(dá)到50萬(wàn)元/噸以上。而鈮主要從巴西進(jìn)口，價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，鈮在微合金化工藝中的應(yīng)用開(kāi)始受到關(guān)注。不過(guò)只加入鈮，其微合金化工藝過(guò)程不易控制，且受加熱溫度、貝氏體組織和連續(xù)屈服，以及抗震性能降低等問(wèn)題困擾。
熱軋帶肋20#絎磨管筋是我國(guó)20#絎磨管材中單一品種生產(chǎn)和使用量最大的產(chǎn)品，從2015年以來(lái)，我國(guó)400MPa級(jí)及以上高強(qiáng)20#絎磨管筋產(chǎn)量占螺紋20#絎磨管筋總產(chǎn)量的比例達(dá)到80%。新國(guó)際實(shí)行后，下階段是推廣HRB500和HRB600級(jí)別抗震20#絎磨管筋。從高強(qiáng)20#絎磨管筋生產(chǎn)工藝來(lái)看，我國(guó)熱軋帶肋高強(qiáng)20#絎磨管筋普遍采用微合金化工藝和控軋控冷工藝組織生產(chǎn)，其中400MPa級(jí)別可以采用控軋控冷，但一些20#絎磨管筋生產(chǎn)廠家為了追求經(jīng)濟(jì)效益，軋后采用介于余熱淬火和控冷工藝，20#絎磨管筋試樣表層存在回火索氏體組織，與GB1499.220#絎磨管筋混凝土用20#絎磨管第2部分規(guī)定的熱軋帶肋20#絎磨管筋主體組織為鐵素體和珠光體要求不一致。
HRB500級(jí)別抗震20#絎磨管筋往往采用微合金化匹配軋后控冷工藝生產(chǎn)，由于我國(guó)大部分地區(qū)地處地震帶，對(duì)高強(qiáng)20#絎磨管筋的抗震指標(biāo)要求高，其中強(qiáng)屈比指標(biāo)不小于1.25。目前微合金化工藝來(lái)說(shuō)，目前20#絎磨管筋生產(chǎn)廠家主要采用釩微合金化工藝生產(chǎn)，特別是采用釩氮微合金化工藝生產(chǎn)，釩的強(qiáng)化效果比較顯著，且生產(chǎn)過(guò)程易于控制、穩(wěn)定。
過(guò)去一直認(rèn)為，鈮更適合于低碳扁平材，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的強(qiáng)韌性匹配，但由于鈮微合金化工藝需要控制嚴(yán)格生產(chǎn)過(guò)程，因而鈮合金化20#絎磨管筋的應(yīng)用是鈮合金化的擴(kuò)展。
在20#絎磨管筋生產(chǎn)實(shí)踐中卻發(fā)現(xiàn)一些反常的問(wèn)題，首先應(yīng)用釩氮工藝生產(chǎn)HRB500抗震20#絎磨管筋發(fā)現(xiàn)強(qiáng)屈比指標(biāo)比較低，一些批次低于1.25的要求；但采用鈮釩復(fù)合微合金化工藝，強(qiáng)屈比指標(biāo)明顯提高，一般為1.27-1.30。鈮的細(xì)晶強(qiáng)化效果顯著，而細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于抗拉強(qiáng)度，因此，強(qiáng)屈比指標(biāo)將更低。而釩的析出強(qiáng)化作用高于細(xì)晶強(qiáng)化，因此，采用釩微合金化工藝應(yīng)該更易于保證強(qiáng)屈比指標(biāo)大于1.25。
隨著強(qiáng)度級(jí)別的提高，保證強(qiáng)屈比性能成為一個(gè)難點(diǎn)。鈮最主要的強(qiáng)化效果是細(xì)晶強(qiáng)化，而細(xì)晶強(qiáng)化將降低強(qiáng)屈比，但HRB500抗震20#絎磨管筋的生產(chǎn)實(shí)踐表明，鈮能夠提高強(qiáng)屈比。扁平材的低溫大壓下軋制理論，在軋制過(guò)程中鈮的碳氮化物析出，抑制奧氏體晶粒再結(jié)晶和長(zhǎng)大，提高未再結(jié)晶溫度而擴(kuò)大精軋階段壓扁效果，壓扁的奧氏體晶粒晶界面積增加，使相變后鐵素體晶粒細(xì)化。但20#絎磨管筋的精軋溫度較高，甚至遠(yuǎn)在未再結(jié)晶溫度以上，因此低溫大壓下細(xì)化鐵素體晶粒效果不明顯；其次，由于終軋溫度高，添加的鈮更多處于固溶態(tài)，固溶鈮降低相變溫度，顯現(xiàn)相變強(qiáng)化和在冷床上的析出強(qiáng)化效果。
之前未采用鈮、釩復(fù)合工藝時(shí)，釩的添加量為0.1%左右。而采用鈮、釩復(fù)合微合金化工藝生產(chǎn)HBR500，其中鈮添加量在0.015%-0.025%之間，釩添加量在0.035%-0.060%之間。可以大幅度降低釩氮合金加入量。采用鈮、釩復(fù)合微合金化工藝，強(qiáng)屈比大于1.25。
在中信金屬微合金化技術(shù)中心和20#絎磨管鐵研究總院的雍岐龍、張永青等著名學(xué)者、教授的帶領(lǐng)下，國(guó)內(nèi)某20#絎磨管廠采用鈮、釩復(fù)合微合金化工藝解決了HRB600高強(qiáng)20#絎磨管筋強(qiáng)屈比降低問(wèn)題，再次證明了鈮微合金化的強(qiáng)化效果。在保證20#絎磨管筋性能要求的前提下，為了降低20#絎磨管筋的生產(chǎn)成本，20#絎磨管筋生產(chǎn)廠家非常有必要打通鈮、釩等生產(chǎn)工藝途徑，根據(jù)微合金市場(chǎng)價(jià)格切換生產(chǎn)工藝。隨著鈮添加量的降低，加熱溫度不需要做必要的調(diào)整。鈮微合金化的強(qiáng)化效果，軋后采用控制冷卻非常有必要，但上冷床溫度要嚴(yán)格控制在鐵素體轉(zhuǎn)變溫度以上。鈮釩微合金化高強(qiáng)20#絎磨管筋生產(chǎn)，聊城金慶鋼管有限公司