HRB500熱軋帶肋鋼筋延伸率偏低原因分析

習曉峰，韓若洲，辛向明，張　軻，劉　恒，趙福才（.陜西龍門鋼鐵有限責任公司煉鋼廠，陜西韓城75405；.西安建筑科技大學冶金工程學院，西安70055）

HRB500熱軋帶肋鋼筋延伸率偏低原因分析

習曉峰1，韓若洲2，辛向明2，張軻2，劉恒2，趙福才2
（1.陜西龍門鋼鐵有限責任公司煉鋼廠，陜西韓城715405；
2.西安建筑科技大學冶金工程學院，西安710055）

[摘要]針對HRB500熱軋帶肋鋼筋出現的延伸率偏低的問題，采用金相、掃描電鏡能譜分析等方法，對不合格試樣的宏觀成分、拉伸斷口形貌、夾雜物形貌、成分和金相組織進行研究。分析結果表明，夾雜物含量高、金相組織異常是引起HRB500熱軋帶肋鋼筋延伸率偏低主要原因，可通過吹氬促進夾雜物上浮來均勻鋼水成分，加強生產過程控制等措施解決該問題。

[關鍵詞]鋼筋；延伸率；夾雜物；組織；分析

1　引言

隨著國內高層和超高層建筑的不斷出現，對建筑鋼材的強度、塑韌性和抗震強度的要求不斷提高。鋼筋只有具有較好的塑性和較高的強度及最大力下的總延伸率好，才能在地主載荷下起到良好的抗震作用。HRB500熱軋帶肋鋼筋能夠滿足建筑對變形能力及位移延性的抗震要求。在合理配置箍筋的情況下，可以在抗震結構中使用，起到節約資源，提高效率的作用。HRB500韌性好、強度高、抗震性能良好，在強度相同時用量要比300 MPa和400 MPa鋼筋分別節省28%、14%，具有節省自然資源和環境污染小等特點。

目前陜西龍門鋼鋼鐵公司在試軋HRB500熱軋帶肋鋼筋時出現延伸率偏低的問題。本實驗通過現場取樣，對其進行斷口形貌、顯微組織及成分的分析，探究HRB500帶肋鋼筋延伸率偏低的原因，并提出理論解決方法。

2　試驗方法

試樣中所取的試樣是在拉伸實驗中延伸率不合格的產品中選取的，試樣的宏觀成分是由直讀光譜儀分析得到的，斷口微觀形貌和夾雜物形貌是由掃描電鏡觀察得到，微區夾雜物成分的分析是由能譜儀分析得到的，金相組織和夾雜物數量的統計是由金相顯微鏡分析得到的。

3　實驗結果分析及討論

3.1成分分析

試樣成分分析結果如表1所示。

表1　 HRB500試樣成分與標準成分對比分析

利用標準成分和所取的4個試樣分進行對比分析，發現所有元素成分均在標準成分范圍內，因此宏觀成分不是導致延伸率不合的原因。

3.2斷口形貌分析

利用掃面電鏡進行斷口分析如圖1所示，圖1 （a）、（b）對該點夾雜物能譜分析以及能譜分析圖；圖1（c）中圓球狀夾雜物較多，粒度較大；圖1（d）對斷口夾雜物的微觀掃描形貌。夾雜物數量及成分影響鋼筋的延伸率。

圖1　斷口及夾雜物形貌

3.3夾雜物分析

在觀察試樣的微觀形貌和夾雜物時，首先對試樣進行切割，隨后進行磨制和拋光，圖2為由金相顯微鏡得到的試樣局部放大圖片，觀察此圖可以發現：夾雜物數量較多，形狀多為球狀或條帶狀。圖3為夾雜物的能譜圖，觀察該圖可以發現夾雜物成分中Si、Mn含量較高，此類夾雜物是有SiO2含量較低的低熔點硅酸鹽和Mn、Si等的氧化物構成的復合夾雜物。其產生的主要原因有：（1）冶煉過程中耐火材料的脫落，由于沒有排出而最終殘留在鋼水中；（2）冶煉工藝的原因：吹氬參數不合適（流量過大引起鋼-渣界面劇烈攪動，引起卷渣；流量小鋼中的夾雜物沒有得到有效排出；吹氬時間短，總流量小）。在鋼中夾雜物數量較多、尺寸較大的情況下，當試樣收到拉伸力時，夾雜物周圍的基體在外力的作用下會出現應力集中現象，從而降低延伸率[1-3]。

圖2　金相觀察夾雜物形貌

圖3　夾雜物能譜圖

3.4金相顯微分析

將延伸率不合格試樣上截取金相試樣，金相試樣的取樣方向為垂直于拉伸方向，然后對試樣進行磨制拋光，拋光后用4%硝酸乙醇溶液浸蝕，利用金相顯微鏡分析其金相組織，如圖4和圖5所示。

圖4　正常試樣的金相組織

從圖4中可以看出，金相組織為鐵素體+珠光體觀察；圖5可以發現，金相組織內存在魏氏組織，其形狀呈羽毛狀，是從晶界向晶內生長形成的一系列具有一定取向的片（或針）狀鐵素體，是先共析相的一種特殊形態[3-7]。由于魏氏組織與其伴生的粗晶的存在，鋼的力學性能下降，尤其是使塑性、沖擊性下降，使延伸率下降。

圖5　異常組織-魏氏組織

綜合以上觀察分析可得：試樣的化學成分都在標準成分的范圍內；試樣中夾雜物的數量較多、尺寸大，大尺寸夾雜物的存在會破壞基體的連續性；鋼中存在魏氏組織，魏氏組織的存在會導致鋼的力學性能的下降。這兩點是引起鋼筋延伸率偏低的主要原因。

4　改進分析

造成HRB500熱軋帶肋鋼筋延伸率偏低的原因：一是鋼基體中的夾雜物較多,較多的夾雜物存在使鋼的基體組織遭到破壞,鋼材的塑性變形能力差；二是出現異常魏氏組織引起鋼的力學性能下降。在澆注過程中，保持鋼水盡量穩定，減少波動，液面高度要在要求范圍內，合理的調整吹氬參數，減少鋼內夾雜物的殘留，保證鋼水的純凈度和成分的均勻[8]。軋制條件的改善。金相組織顯示出現異常魏氏組織，需要通過控制冷卻條件，減少異常組織和提高鋼筋性能。

參考文獻

[1]奕兆亮，趙修領.熱軋帶肋鋼筋HRB335強度不合原因分析[J].萊鋼科技，2010，119（5）：40-42.

[2]路迪民.金屬材料及熱處理[M].西安:陜西科學技術出版社, 1994.

[3]布賴恩，皮克林.鋼的組織與性能(材料科學與技術叢書)[M].劉嘉禾，譯.北京:科學出版社，1999.

[4]馬幼平,魯路.魏氏組織和氧化物對HRB335鋼筋脆斷的影響[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2002，34（3）：236-238.

[5]鐘俐蘋，陳巧芬.20MnSi鋼中的魏氏組織[J].金屬熱處理,1997 （5）：19-22.

[6]上海交通大學編寫組.金相分析[M].北京:國防工業出版社，1982：113，226-227.

[7]段雙霞.低合金高強鋼Q550D延伸不合格原因分析[J].山西冶金，2010，123（1）：12-14.

[8]盧愛鳳，欒兆亮，尹晏生，等.HRB400熱軋帶肋鋼筋延伸率偏低原因分析[J].新技術新工藝，2010（12）：70-72.

Analysison Reasonsfor Low Elongation ofHRB500 HotRolling Ribbed Rebar

XIXiao-feng1，HAN Ruo-zhou2,XIN Xiang-ming2,ZHANG Ke2,LIU Heng2and ZHAO Fu-cai2(1.Steel-making Plant,ShanxiHancheng Iron and SteelGROUP Co.,LTD,Hancheng,ShanxiProvince
715405,China；2.SchoolofMetallurgicalEngineering,Xi'an UniversityofArchitectureand Technology,Xi'an,ShanxiProvince710055,China)

AbstractIn orderto tackle with the problem oflow elongation ofHRB500 hotrolling ribbed rebar,study wascarried outon the macro composition,tensile fracture morphology and inclusion morphology,composition and metallographic structure ofunqualified sample by means ofmetallographic and SEM energy spectrum analysismethods.Analysisresultsshowed high inclusion contentand abnormalmetallographic structure were main reasons forthe low elongation ofHRB500 hotrolling ribbed rebar.The problem could be solved by measures ofbringing homogenization to liquid steelby argon stirring to facilitate the inclusion to floatand enhancingproduction processcontrol.

Key wordsrebar;elongation;inclusion;structure;analysis

基金項目：2012年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201210703059）；校青年科技基金（QN1317）：陜西省教育廳產業化項目（2013JC11）；西安市工業應用技術研究項目CXY1349（6）

作者簡介：習曉峰（1982—），男，本科，工程師，主要從事煉鋼工藝質量管理方面的研究工作。

收稿日期：2014-09-02修回日期：2014-09-22