漢鋼螺紋鋼質(zhì)量提升實(shí)踐

趙新成， 王培培

（1.陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西漢中724200；2.陜西鋼鐵集團(tuán)有限公司，陜西西安710018）

隨著工程質(zhì)量追責(zé)制度的不斷完善，人們的質(zhì)量意識(shí)也在不斷提升。鋼材出廠后，不定期出現(xiàn)客戶反饋：HRB400E的屈服強(qiáng)度不符合國(guó)標(biāo)要求，且與出廠檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差較大。陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司（全文簡(jiǎn)稱漢鋼）針對(duì)此問題組織相關(guān)技術(shù)人員展開研究。通過對(duì)鋼材自然時(shí)效金相組織、力學(xué)性能變化，調(diào)整煉鋼、軋鋼工序生產(chǎn)過程及關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的精準(zhǔn)控制。

1 檢測(cè)設(shè)備

1）微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)：WAW-300、WAW-600、WAW-1000、WAW-2000，試驗(yàn)機(jī)精度等級(jí)0.5，生產(chǎn)廠家：上海三四縱橫機(jī)械制造有限公司。

2）光學(xué)顯微鏡，型號(hào)：GS71，生產(chǎn)廠家：日本奧林巴斯。

3）硬質(zhì)沖頭標(biāo)距打點(diǎn)機(jī)型號(hào)YD-400，生產(chǎn)廠家：韶關(guān)市先標(biāo)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

4）游標(biāo)卡尺（0～300）mm。

2 試驗(yàn)方法

1） 取 Φ16 mm、Φ25 mm、Φ32 mm 三種種規(guī)格HRB400E試樣，在同一規(guī)格和同一個(gè)批次上抽取5組，每組4支，每只450 mm。

2）每組樣品按照基準(zhǔn)試樣、10 d時(shí)效試樣、20 d時(shí)效試樣、30 d時(shí)效試樣、60 d時(shí)效試樣分別進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

3）基準(zhǔn)樣品標(biāo)識(shí)后直接試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。其他試樣放在室外進(jìn)行自然時(shí)效。按時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成自然時(shí)效樣的力學(xué)性能檢測(cè)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 自然時(shí)效試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表1）

表1 自然時(shí)效試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 力學(xué)性能分析（見下頁(yè)圖1——圖4）

3.3 抽樣分析

抽取HRB400EΦ25 mm試樣進(jìn)行不同時(shí)間段時(shí)效后的金相組織分析，生產(chǎn)當(dāng)天試樣和時(shí)效10d、20d、30 d后，金相分析試樣的內(nèi)部組織基本為鐵素體+珠光體。如下頁(yè)圖5所示。

圖1 屈服強(qiáng)度變化趨勢(shì)

圖2 抗拉強(qiáng)度變化趨勢(shì)

圖3 斷后伸長(zhǎng)率變化趨勢(shì)

圖4 最大力下總伸長(zhǎng)率變化趨勢(shì)

3.4 時(shí)效試驗(yàn)分析

1）經(jīng)時(shí)效后屈服強(qiáng)度10 d時(shí)降低比較明顯，降低基本在10 MPa以上，最大可達(dá)到17.31 MPa，而抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、最大力下總伸長(zhǎng)率都有所升高。

圖5 金相分析式樣的內(nèi)部組織

2）除屈服強(qiáng)度經(jīng)時(shí)效后變化明顯外，其他指標(biāo)受時(shí)效時(shí)間影響程度較小。

3）不同時(shí)間段時(shí)效樣金相分析表明：試樣的內(nèi)部組織基本為鐵素體+珠光體，且金相組織無明顯變化。

4 屈服強(qiáng)度下降原因

HRB400E鋼材時(shí)效試驗(yàn)過程中屈服強(qiáng)度明顯下降，是因?yàn)榍c(diǎn)應(yīng)力是彈性極限的指標(biāo)，依據(jù)金屬學(xué)原理，金屬的彈性極限主要取決于原子間的結(jié)合力，原子間的結(jié)合力又主要取決于原子間距，鋼筋在軋制冷卻的過程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的存在會(huì)使晶格產(chǎn)生畸變，從而改變?cè)娱g距。但是隨著時(shí)間的推移，殘余應(yīng)力逐漸減弱并最終達(dá)到穩(wěn)定，這時(shí)原子間距不再發(fā)生變化，因此，屈服強(qiáng)度應(yīng)力隨著時(shí)效時(shí)間的推移而下降并最終趨于穩(wěn)定。

為提高客戶滿意度，降低因鋼材性能問題引發(fā)的質(zhì)量異議，漢鋼生產(chǎn)過程通過提升螺紋鋼的釩含量穩(wěn)定鋼材性能。

5 采取的措施

釩作為鋼螺紋鋼中細(xì)化晶粒的微量元素，在HRB400E生產(chǎn)過程中具有舉足輕重的作用，主要表現(xiàn)：與氮結(jié)合有助于減弱鋼材性能時(shí)效影響；通過傳統(tǒng)的晶界釘扎及晶內(nèi)成核，鐵素體實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒；析出發(fā)生在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過程和轉(zhuǎn)變后具有明顯的強(qiáng)化作用；在軋制過程中，析出較少或溶質(zhì)牽制較少，有利于降低軋制負(fù)荷提高生產(chǎn)率等。故根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及前期生產(chǎn)情況，這次提升質(zhì)量過程，主要通過調(diào)整各規(guī)格釩含量觀察鋼材質(zhì)量變化。

5.1 調(diào)整HRB400E螺紋鋼化學(xué)成分（見表2）

表2 HRB400E螺紋鋼的化學(xué)成分調(diào)整前后對(duì)比表 %

5.2 力學(xué)性能變化（見表3）

表3 力學(xué)性能變化表

通過以上數(shù)據(jù)對(duì)比分析可見：在碳、硅、錳合金元素含量維持不變的情況下，將HRB400E鋼中的釩元素含量平均提高0.005%，鋼材屈服強(qiáng)度的穩(wěn)定性將提高8.75%，性能初檢待判幾率下降7.72%。

6 結(jié)論

1）通過時(shí)效試驗(yàn)可知，HRB400E螺紋鋼屈服強(qiáng)度監(jiān)測(cè)值不小于420 MPa即可有效杜絕不合格產(chǎn)品出廠?？紤]到檢測(cè)差異，HRB400E螺紋鋼生產(chǎn)過程屈服強(qiáng)度按430～465 MPa進(jìn)行控制。

2）按正常工藝生產(chǎn)HRB400E螺紋鋼時(shí)，將鋼中釩的化學(xué)成分上調(diào)0.005%，鋼材屈服強(qiáng)度的穩(wěn)定性將提高8.75%，性能初檢待判幾率下降7.72%；同時(shí)鋼材的表面質(zhì)量得到明顯改善。