HRB400E热轧带肋钢筋冷弯脆断原因分析

HRB400E 热轧带肋钢筋冷弯 脆断原因分析

李壮志 才磊

1.130224198802010559 ， 2.130322198207011656

【摘要】晋钢采用微合金化技术生产高性能HRB400E抗震热轧带肋钢筋，针对最近生产的φ28-32mm螺纹钢出现冷弯脆断现象，对产品进行了化学成分、金相显微组织、夹杂物等方面一系列分析。结果表明：热轧带肋钢筋冷弯脆断与夹杂物、成分偏析、轧钢生产工艺有直接关系，钢水吹炼不均匀，夹杂物类型主要是硅酸盐类夹杂物，主要来源是含Mn、Si的脱氧产物，属于内生夹杂物。通过对轧钢和炼钢生产工艺优化，消除了冷弯试验时脆断的重大问题。优化后，脆断现象基本消失，同时提高了公司的品牌效应。

【关键词】钢筋；冷弯脆断；夹杂物；工艺；质量

1前言

HRB400E抗震钢筋是目前国内最常用的热轧带肋钢筋，在高层建筑、桥梁、铁道、港口、水电等重大基础设施的钢筋混凝土中得到了广泛应用。晋钢自主研发的HRB400E热轧带肋抗震钢筋，已经供应国内外建筑市场，得到市场广泛认可，参与了南水北调、大西高铁、西成高铁、郑徐高铁、蒙华铁路、晋蒙黄河大桥、太焦高铁、郑万高铁、郑阜高铁、郑济高铁、中国国际丝路中心大厦、阳蟒高速等重点工程。但是最近生产的一批Ф28-32mm的HRB400E出现冷弯脆断现象，为找出原因，对这些钢筋的生产情况及工艺进行了调查，并对不合格钢筋样本进行了化学成分分析、金相检验和夹杂物分析等一系列措施。

2脆断成因及分析

2.1生产工艺

晋钢集团Ф28-32mmHRB400E热轧带肋钢筋在轧钢一厂三车间生产，该车间生产工艺流程为：80t氧气顶底复吹转炉→炉底吹氩→方坯连铸机→热送辊道→推钢式加热炉→短应力轧机→步进冷床→冷剪机→收集辊道→打包机。

2.2化学成分设计与分析

晋钢Ф28-32mmHRB400E热轧带肋钢筋方坯化学成分内控标准见表1。

表1

对钢筋冷弯脆断处做化学成分分析，化学成分结果见表2，各元素含量均符合国标GB/T1499.2-2018的要求。

表2

2.3轧钢工艺参数

轧钢车间为16架短应力线轧机，主要参数见表3。

表3

上床温度比较高，奥氏体晶粒比较粗大，钢筋塑性降低。

2.4金相检测

对钢筋冷弯脆断处做金相分析。缺陷处的金相组织为：铁素体+珠光体，晶粒度评级为9.0级。但是存在团状珠光体，可以判断出钢坯存在成分偏析现象，造成钢筋极限变形量降低，具体组织见图1。

图1 金相组织

对钢筋冷弯脆断处做夹杂物分析，分析结果见表2。

表2

样品	非金属夹杂物（级）
	A	B	C	D	DS
脆断试样	0.5	0	2.5	0.5	0

C类夹杂物为硅酸盐类夹杂物，夹杂物为超长超宽型硅酸盐夹杂，具体夹杂物形貌见图2。

图
2 夹杂物形貌

2.5脆断分析

钢材中晶粒大小对钢的性能有很大的影响,晶粒粗大会降低钢的塑性,会影响冷弯性能。从金相检验的结果来看，冷弯脆断试样的晶粒度在9.0级，晶粒度较细；金相组织为铁素体加珠光体，完全符合热轧带肋钢筋GB/T1499.2-2018的要求；但组织中存在珠光体聚集，对钢筋的塑性有一定影响。

钢中非金属夹杂物破坏了钢的连续性和致密性，对钢的产品质量带来极大的危害。钢材的机械性能在各种受力条件下的表现是由材料内部所发生的塑性形变和断裂这两个基本过程所决定的。非金属夹杂物会降低钢的机械性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳极限。受力时，非夹杂物往往作为显微裂纹的起点。非金属夹杂物也促使钢形成热加工纤维组织与带状组织，使材料具有各向异性。非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同，对钢性能的影响也不同。条带状塑性夹杂物和点链状脆性夹杂物使钢材性能带有方向性，使钢的横向塑性低于纵向塑性。

对冷弯脆断试样断面夹杂物检验的结果来看,钢筋中存在的夹杂是主要是硅酸盐类夹杂物，试样中硅酸盐类夹杂物达到2.5级，而且是粗类夹杂物，对钢筋冷弯脆断的影响很大。

分析认为:此次热轧带肋钢筋冷弯脆断主要是由夹杂物引起，属硅酸盐类夹杂物；成分偏析占次要原因；轧制温度高也有一定影响。

3改进措施

3.1改进生产工艺

控制终点氧化性，避免钢水过氧化，不后吹；保证软吹时间，促进夹杂物上浮，八分钟左右。原来钢包吹氩是出完钢完成后开始吹氩，强吹3分钟，中吹2分钟，现在改为出钢过程中开始吹氩，先强吹3分钟以上，中吹4分钟以上，总吹氩时间7.5分钟以上，保证钢水混合均匀。

连铸做好保护浇铸，不要裸浇；方坯连铸机拉速也由原来的3.3m/min,降低到2.5m/min，保证连铸坯成分均匀，避免出现成分偏析现象。

调整轧钢车间生产工艺，主要参数见表3。

表3

3.2金相组织

对现场抽检试样做金相分析。金相组织为：铁素体+珠光体，晶粒度评级为10.5级，组织见图3。

图
3 金相组织

对抽检样做夹杂物分析，分析结果见表2，夹杂物形貌见图4。

表2

样品	非金属夹杂物（级）
	A	B	C	D	DS
抽检试样	0.5	0	1	0.5	0

图4 夹杂物形貌

试样中硫化物类夹杂物级别0.5级,硅酸盐类夹杂物级别1级，球状氧化物类夹杂物级别0.5级,而且都是细类夹杂物，与正常试样夹杂物级别接近,夹杂物含量较低,对钢筋冷弯裂纹的影响不大。

4结论

综合分析认为：造成Ф28mmHRB400E热轧带肋钢筋冷弯脆断的主要原因是由夹杂物引起的，夹杂物类型是硅酸盐类夹杂物；其次就是保证连铸的稳定性，确保不会出现成分偏析现象；最后还要保证轧钢的轧制工艺符合规范，确保产品性能。

参考文献

[1]周宏林,张娜,滑鹏敏,等.HRB400E热轧带肋钢筋表面纵向裂纹原因分析[J].金属热处,2016,41(07):192-194.

[2]王宏刚.HRB400E钢筋表面裂纹的分析[J].热加工工艺,2018,47(17):254-255+258.

[3]王建新.HRB400E热轧带肋钢筋冷弯裂纹原因分析[J].新疆钢铁,2018(04):15-17.