HRB400 螺紋鋼切分軋制開裂原因分析

常曉敏，劉文慧，鐘心峰

（山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司，山東 德州 251100）

螺紋鋼作為建筑用鋼的主要材料，廣泛應用于房屋、橋梁、道路等工程建設。為更好滿足客戶和市場需求，螺紋鋼除成分、性能符合要求外，表面質量也有嚴格要求。軋鋼某車間采用165mm*165mm方坯四切分軋制生產HRB40014螺紋鋼材時，鋼材成品表面的縱肋有間斷的無規則的開裂現象，共挑出開裂鋼材10 余噸，均判為廢品。在開裂鋼材區域取樣進行金相組織檢驗、能譜成分分析、鋼坯低倍檢驗以及連鑄工藝分析，找出螺紋鋼軋制開裂的主要原因，提出改善措施，提高成材率，實現降本增效。

1 理化檢驗

1.1 宏觀形貌

圖1 所示為表面開裂試樣宏觀形貌，開裂位置位于鋼材縱肋處，呈間斷無規則分布，縱肋高2.3mm 左右，大于正常肋高1.0mm 左右，開口位置內側較光滑（箭頭所指位置a）。

圖1 表面開裂試樣局部放大宏觀形貌

1.2 化學成分分析

在開裂鋼材上取成分樣進行分析，成分結果顯示符合GB/T 1499.2-2018 標準規定的要求，S、P 等導致鋼材出現熱脆開裂、冷脆開裂現象的元素含量控制在國標允許范圍內。因此，鋼材軋制開裂與鋼材成分無關[1，2]。

表1 化學成分實測值

1.3 鋼坯低倍檢驗

在同一批次的剩余鋼坯上截取低倍試樣1 支，經鋸床切割和銑床銑平后，用35%的工業鹽酸水溶液電解腐蝕25min，試樣取出后用清水清洗腐蝕面并吹干。通過觀察發現鋼坯內弧一側，距離連鑄坯表面11mm ～22mm 區域內存在大量非金屬夾雜物（圖2），采用YB/T4002-2013 對樣品進行評定，非金屬夾雜物級別為3.0 級，結果如表1 所示。

表2 低倍檢驗結果

圖2 165mm*165mm 方坯低倍檢驗宏觀形貌

1.4 金相檢驗

低倍檢測通常只能通過肉眼檢測尺寸較大的宏觀缺陷，而一些細小的夾雜和缺陷需對其進行微觀金相分析。

在試樣開裂位置取1 支橫向金相試樣，在開裂附近截取1 支縱向金相試樣，切割后的試樣經粗磨、細磨、拋光后觀察。低倍檢驗，開裂試樣存在明顯的裂縫。光學顯微鏡下觀察，發現試樣中存在大量條狀硅酸鹽類夾雜物。縱向試樣作為夾雜物試樣，可發現縱截面上存在大量夾雜物，且大多為超尺寸夾雜，選取最嚴重視場進行評級，評級結果大于3.0 級。非金屬夾雜物容易偏聚，出現局部應力集中現象，而且夾雜物與鋼基體塑性不同，存在變形差異，夾雜物的存在嚴重破壞了鋼材基體的連續性，采用切分軋制工藝生產時，鋼坯中的夾雜物容易暴露在表面，在夾雜物與鋼材基體間產生微裂紋，軋制過程中，裂紋在外力的作用下不斷擴展，最終導致成品鋼材出現開裂現象。金相檢驗結果如圖3 ～圖5。

圖3 開裂試樣形貌10X

圖4 開裂處橫截面上硅酸鹽夾雜物形貌50X

圖5 縱截面硅酸鹽夾雜物形貌50X

將試樣采用4%的硝酸酒精溶液腐蝕觀察，金相組織如圖6所示，為鐵素體和珠光體，晶粒度9.5 級，無異常組織，無晶粒粗大現象，符合熱軋帶肋鋼筋的國家標準。

圖6 開裂試樣的金相組織

2 夾雜物來源分析

能譜分析。鋼中夾雜物分為內生夾雜物和外來夾雜物，內生夾雜物是鋼中O、S 等元素與金屬形成化合物，在冶煉過程中來不及上浮，鋼液凝固后形成夾雜物，夾雜物較細小，數量少，而外來夾雜物主要來自于耐材、結晶器保護渣、覆蓋劑等，一般數量較多，形狀不規則，尺寸較大。

為進一步確定夾雜物的來源，對試樣進行電鏡掃描和能譜分析，定性結果如圖7 所示，缺陷部位含有F、Na、Mg、Al、Si、Ca、Zr、O、Mn 等元素，屬于SiO2-CaO-MnO-ZrO 系的復雜氧化物，金相觀察發現夾雜物數量較多，確定為外來復合型非金屬夾雜物，是結晶器保護渣和浸入式水口的主要成分。

圖7 HRB400 螺紋鋼開裂位置和正常位置夾雜物能譜分析表能譜分析成分含量

表3 夾雜物中元素分配比例

對異常爐次連鑄工藝的浸入式水口部分和結晶器液面波動情況進行復查，水口使用中后期如圖8 所示，端部出現缺口，侵蝕嚴重，導致鋼液從中間包注入結晶器時的通鋼量增加，液面的波動曲線如圖9 所示，可以看出該爐次生產過程結晶器液面波動明顯，導致保護渣卷入到鋼水中，凝固后停留在鋼中形成夾雜物導致鋼材表面開裂。

圖8 浸入式水口侵蝕情況

圖9 結晶器液面波動曲線

3 結論和措施

（1）鋼坯在澆鑄時浸入式水口侵蝕嚴重，結晶器液面波動大，導致結晶器保護渣卷渣是產生裂紋的根本原因。

（2）軋鋼采用切分工藝軋制時，夾雜物容易暴露在鋼材的表面，在縱肋根部存在應力集中而導致開裂。

（3）加強結晶器液面控制，浸入式水口插入深度嚴格按標準執行。

（4）嚴格執行套管使用標準，套管的烘烤溫度要達到550℃以上，且烘烤時間不宜過長，防止因氧化涂層被氧化而縮短套管的使用壽命。