螺紋鋼HRB400E屈服強(qiáng)度不合格的原因分析

韓北方，王 開，常 瑜

（首鋼長治鋼鐵有限公司質(zhì)量監(jiān)督站， 山西 長治 046031）

螺紋鋼是表面帶肋的鋼筋，亦稱帶肋鋼筋。帶肋鋼筋在混凝土中主要承受拉應(yīng)力。帶肋鋼筋由于肋的作用，和混凝土有較大的黏結(jié)能力，因而能更好地承受外力的作用。帶肋鋼筋廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)中，特別是大型、重型、輕型薄壁和高層建筑結(jié)構(gòu)。

根據(jù)螺紋鋼國家標(biāo)準(zhǔn)GB1499[1].2—2007規(guī)定的力學(xué)性能，鋼筋的屈服強(qiáng)度Rel、抗拉強(qiáng)度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率Agt等力學(xué)性能特征應(yīng)符合表1[1]。而近期長鋼生產(chǎn)的螺紋鋼HRB400E屈服強(qiáng)度不合格，低于400 MPa。為此，本文以生產(chǎn)過程中螺紋鋼HRB400E屈服強(qiáng)度不合格的樣品為實(shí)例，分析了屈服強(qiáng)度不合格的原因。

表1 國家標(biāo)準(zhǔn)GB1499[1].2—2007規(guī)定的螺紋鋼力學(xué)性能

1 試驗(yàn)材料

1.1 所取樣品

以首鋼長治鋼鐵有限公司生產(chǎn)過程中屈服強(qiáng)度不合格和屈服強(qiáng)度合格的的螺紋鋼HRB400E為樣品。試驗(yàn)材料包括：1號試樣是屈服強(qiáng)度不合格的螺紋鋼HRB400E，2號試樣是屈服強(qiáng)度合格的螺紋鋼HRB400E。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

金相顯微鏡為萊卡DMI3000，金相鑲嵌機(jī)型號為XQ-1，金相拋光機(jī)型號為PG-2D，金屬帶鋸床型號為GW4028B，金相試樣磨平機(jī)型號為MPJ-25，萬能升降臺銑床型號為X6132C，光譜儀型號為M9。

1.3 研究方法

通過對1號試樣和2號試樣的金相顯微組織和非金屬夾雜進(jìn)行檢測以及對化學(xué)成分進(jìn)行分析，來研究屈服強(qiáng)度不合格的原因。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 顯微組織分析

經(jīng)分析，1號試樣的顯微組織中存在網(wǎng)狀鐵素體組織（見圖1），而2號試樣的顯微組織中組織均勻，無異常組織（見圖2）。而網(wǎng)狀鐵素體通常是在亞共析鋼中緩慢冷卻形成的。網(wǎng)狀鐵素體嚴(yán)重割裂了珠光體之間的聯(lián)系，使鋼的強(qiáng)度（特別是屈服強(qiáng)度）大大低于正常值，塑性也降低，極易變形斷裂。

圖1 1號試樣的顯微組織

圖2 2號試樣的顯微組織

2.2 非金屬夾雜分析

經(jīng)分析，1號試樣的非金屬夾雜有C類1.0級，D類1.0級（見下頁圖3、圖4），而2號試樣的非金屬夾雜有C類1.0級別，D類0.5級（見下頁圖5），其內(nèi)生夾雜物的差別不是很大，非金屬夾雜物不是導(dǎo)致屈服強(qiáng)度不合格的主要原因。

圖3 1號試樣的非金屬夾雜（視場1）

圖4 1號試樣的非金屬夾雜（視場2）

圖5 2號試樣的非金屬夾雜

2.3 化學(xué)成分分析（見表2、表3）

表2 直讀光譜儀檢測1號試樣的化學(xué)成分及碳當(dāng)量%

表3 直讀光譜儀檢測的2號試樣化學(xué)成分 %

經(jīng)分析，1號試樣和2試樣的化學(xué)成分和內(nèi)控要求值相差不大（見表1、表2），1號試樣的碳含量比內(nèi)控要求值稍高，但是1號試樣的P和S都不超內(nèi)控要求值?；瘜W(xué)成分的偏差不是影響屈服強(qiáng)度不合格的重要原因。但是在化學(xué)成分檢測中存在成分不太均勻的情況，即樣品的上下兩面的C含量有些相差，于是再進(jìn)行金相檢測，得到1號試樣的金相圖片見圖6。

經(jīng)分析，1號試樣有顯微偏析存在。成分不均勻造成了組織的差異，顯微偏析的存在在晶界處弱化了晶界的結(jié)合強(qiáng)度，嚴(yán)重影響了材料的強(qiáng)度和塑性。

3 實(shí)驗(yàn)分析

圖6 1號試樣的顯微組織

1）經(jīng)金相顯微組織分析，1號試樣中大量存在網(wǎng)狀鐵素體。原因是先共析鐵素體優(yōu)先在晶界析出，長大并形成網(wǎng)狀，這樣的組織在外界力量的作用下首先在晶界形成微裂紋，隨著外力的增強(qiáng)，裂紋迅速擴(kuò)展斷裂，反應(yīng)到宏觀上就是屈服強(qiáng)度低[2]。網(wǎng)狀鐵素體存在的原因是鋼材在終軋時(shí)溫度高、冷速過慢。從亞共析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變C曲線上就可明顯看出先共析鐵素體的形成區(qū)間，基本上根據(jù)C曲線的數(shù)據(jù)可以計(jì)算快速冷卻的溫度范圍及平均冷速，再結(jié)合自己控冷線的設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。

2）1號試樣和2號試樣的內(nèi)生非金屬夾雜的級別差別不大，非金屬夾雜不是影響屈服強(qiáng)度不合格的原因。

3）經(jīng)金相顯微組織和化學(xué)成分綜合分析，1號試樣存在顯微偏析現(xiàn)象，即晶粒尺寸范圍（包括晶界）里的化學(xué)成分不均勻。合金在冷卻結(jié)晶過程中由于結(jié)晶間隔較寬，屬粥狀凝固，凝固過程中先形成枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架，其中網(wǎng)絡(luò)骨架的孔隙部位被后期剩余低熔點(diǎn)的共晶液填充，分布不均，冷卻后的共晶組織屬共晶偏析[3]。顯微偏析使晶粒范圍內(nèi)的物理和化學(xué)性能產(chǎn)生差異，由于偏析使得低熔點(diǎn)共晶容易集中在晶粒邊界，降低材料的強(qiáng)度和塑性。

4 結(jié)論

1）1號試樣的金相顯微組織存在網(wǎng)狀鐵素體，導(dǎo)致了試樣的屈服強(qiáng)度不合格。

2）1號試樣的非金屬夾雜含量正常，對屈服強(qiáng)度基本無影響。

3）1號試樣存在顯微偏析，導(dǎo)致了試樣的屈服強(qiáng)度不合格。

[1]中國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).鋼筋混凝土用鋼：GB1499[1].2—2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]李曉鵬，黨孟軍，張艷芳.網(wǎng)狀鐵素體對盤條性能的影響[J].金屬制品，1999（2）：27-29.

[3]賈泮江，陳邦峰.顯微共晶偏析對ZL205A合金力學(xué)性能的影響[J].材料工程，2008（2）:1-4.