HRB400E熱軋帶肋鋼筋直螺彎曲脆斷原因分析

李亞彥,牛志濤,賈元海,閆 欣

（河鋼集團(tuán)有限公司承德分公司棒材事業(yè)部，河北 承德067001）

HRB400E熱軋帶肋鋼筋是建筑行業(yè)常用的鋼材之一，具備良好的韌性、塑性、較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，具有一定的可焊接性，被廣泛用于建筑、橋梁、地鐵等重點(diǎn)工程。

某鋼廠生產(chǎn)的HRB400EΦ22 mm直螺在反彎試驗(yàn)時(shí)發(fā)生脆斷現(xiàn)象。針對這一問題，對脆斷的原因進(jìn)行分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 力學(xué)性能

試驗(yàn)檢驗(yàn)力學(xué)性能全部合格，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 力學(xué)性能檢驗(yàn)

1.2 彎曲性能

4支試樣在進(jìn)行反向彎曲過程中均發(fā)生斷裂，反向彎曲結(jié)果及斷裂樣品見表2和圖1。

表2 反向彎曲斷裂試驗(yàn)結(jié)果

2 反彎脆斷分析

針對反彎斷裂的樣品進(jìn)行成品成分、氣體、斷口掃描、組織、晶粒度、沖擊等項(xiàng)目檢驗(yàn)，具體情況如下。

圖1 反向彎曲斷裂樣品

2.1 斷口掃描

2.1.1 樣品斷口宏觀形貌（見圖2）

圖2 樣品斷口宏觀形貌圖

2.2 斷口電鏡掃描

對反彎脆斷的鋼筋1號、2號、3號、4號（見下頁圖3）進(jìn)行斷口掃描分析：所有試樣的斷口均為脆性斷裂，裂紋源均位于試樣邊部，裂紋源和擴(kuò)展區(qū)形貌為扇形花樣，并存在微裂紋，剪切唇部分很少，為撕裂韌窩；斷口無大型夾雜物。

2.3 缺陷樣品成品成分檢驗(yàn)結(jié)果（見表3）。

圖3 斷口掃描分析圖

表3 反彎斷裂樣品組織分析

從成品成分分析結(jié)果可以看出：斷裂鋼筋成分無異常。

2.4 金相檢驗(yàn)

對4個(gè)批次反彎斷裂的樣品進(jìn)行組織、晶粒度檢驗(yàn)，均存在異常組織，見表4和圖4。

根據(jù)組織檢驗(yàn)結(jié)果，產(chǎn)品存在以下問題：存在粗大的珠光體團(tuán)，且珠光體含量偏高，均在50%~55%，較正常組織高5%~10%（HRB400E珠光體含量正常45%）；存在網(wǎng)狀鐵素體組織；魏氏組織級別較高，達(dá)到1.5級[1]。

3 異常組織危害

1）珠光體含量多，鋼材的塑韌性降低，脆性增加；

2）存在魏氏組織。在亞共析鋼中，從奧氏體中直接析出片狀（截面呈針狀）分布的F稱一次魏氏組織F；從原奧氏體晶界上首先析出網(wǎng)狀F，再從網(wǎng)狀F上長出的片狀F稱二次魏氏組織F。當(dāng)鋼中得到魏氏體組織時(shí)，之所以性能嚴(yán)重惡化是因?yàn)樵诋a(chǎn)生魏氏體的同時(shí)，在晶界上伴隨著網(wǎng)狀鐵素體的出現(xiàn)，嚴(yán)重割裂了珠光體之間的聯(lián)系，也會(huì)嚴(yán)重降低鋼材的機(jī)械性能，極易導(dǎo)致脆性斷裂[2]。

表4 反彎斷裂樣品組織分析

圖4 斷裂樣品組織分析

4 形成原因

1）珠光體粗大、含量高：斷裂試樣珠光體粗大，與原始奧氏體晶粒粗大和冷速過快有關(guān)，加熱溫度越高，微合金碳氮化物質(zhì)點(diǎn)體積分?jǐn)?shù)減少，奧氏體晶粒將因解除釘扎而發(fā)生晶粒長大，HRB400E級鋼筋是亞共析鋼，根據(jù)相變規(guī)律，首先在奧氏體晶界析出鐵素體，然后再形成珠光體。若冷速較快，相當(dāng)于當(dāng)C曲線右移，導(dǎo)致鐵素體量減少，珠光體量增多。由于珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，珠光體量增多，鋼材的塑韌性降低，脆性增加。

2）鋼中魏氏組織的形成是由于鋼坯溫度過高，且以較快的速度冷卻時(shí)，先共析的鐵素體或滲碳體從奧氏體晶界上沿著奧氏體的一定晶面向晶內(nèi)生長，呈針狀析出。魏氏組織常伴隨著奧氏體晶粒粗大而出現(xiàn)。

5 結(jié)語

本次鋼中產(chǎn)生異常組織應(yīng)與加熱溫度過高有關(guān)同時(shí)當(dāng)?shù)靥鞖鈽O寒（-25℃）促進(jìn)異常組織的產(chǎn)生。