馮紫萱

(陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司,漢中 ７２４２００)

摘 要:某 HPB３００鋼筋表面出現了翹皮、裂紋、折疊、掉肉等缺陷,通過宏觀分析、化學成分分析、金相檢驗、掃描電鏡以及能譜分析等方法對表面缺陷形成的原因進行了分析.結果表明:大量的非金屬夾雜物是造成翹皮和裂紋缺陷的主要原因,軋輥槽形狀不規則是產生裂紋的另一原因;軋制過程的前面道次出現耳子或者過充滿導致產生折疊缺陷;軋制過程中外界金屬或其他物質落在軋件表面,在后期加工過程中又脫落形成了掉肉缺陷.

關鍵詞:HPB３００鋼筋;表面缺陷;非金屬夾雜物;裂紋

中圖分類號:TG１１５．２ 文獻標志碼:B 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０７Ｇ０５１５Ｇ０４

    HPB３００熱軋 光 圓 鋼 筋 具 有 強 度 高、綜 合 性能好等優 點,是 建 筑 用 鋼 的 主 要 產 品,被 大 量 用作箍筋、分 布 筋,HPB３００ 鋼 筋 質 量 的 好 壞 直 接關系著人們生命財 產 的 安 全,因 此 HPB３００ 鋼 筋質量的控制非常重 要,除 了 化 學 成 分 和 力 學 性 能必須滿足標準要求 外,表 面 質 量 也 要 求 不 能 有 翹皮、裂 紋、折 疊 等 缺 陷. 某 公 司 生 產 的 ?１０ mmHPB３００鋼筋出現 了 翹 皮、裂 紋、折 疊、掉 肉 等 缺陷,筆者 通 過 宏 觀 分 析、化 學 成 分 分 析、金 相 檢驗、掃描電鏡以及能 譜 分 析 等 方 法 對 鋼 筋 表 面 缺陷形成的原因進行 了 分 析,以 避 免 類 似 的 不 合 格品再次出現.

１ 理化檢驗

１．１ 宏觀分析

    HPB３００鋼筋表面翹皮、裂紋、折疊、掉肉等缺陷的宏觀形貌如圖１所示.

１．２ 化學成分分析

    在 HPB３００ 鋼 筋 表 面 缺 陷 處 取 樣,采 用ARL３４６０/AD直讀光譜儀進行化學成分分析,結果見表１.可見各元素含量均符合 GB１４９９．１－２００８《鋼筋混凝土用鋼 第１部分:熱軋光圓鋼筋»和內控標準對 HPB３００鋼筋化學成分的要求.

１．３ 金相檢驗

１．３．１ 非金屬夾雜物

    在 HPB３００ 鋼 筋 缺 陷 處 依 據 GB/T１３２９８－２０１５«金屬顯微組織檢驗方法»取平行于鍛軋方向的縱截面試樣,磨拋后采用 GXＧ７１金相顯微鏡對試樣拋光態形貌進行觀察,發現有大量長條狀夾雜物平行于鍛軋方向,如圖２所示.依據 GB/T１０５６１－２００５«鋼中非金屬夾雜物含量的測定———標準評級圖顯微檢驗法»對非金屬夾雜物含量進行評定,結果為 C類(硅酸鹽類)夾雜物.

１．３．２ 表面缺陷微觀形貌

    在 HPB３００ 鋼 筋 缺 陷 處 依 據 GB/T１３２９８－２０１５取垂直于鍛軋方向的橫 截 面 試 樣,磨 拋 后 用４％(體積分數)硝酸酒精溶液侵蝕,然后進行顯微組織形貌觀察.圖３a)是翹皮缺陷的微觀形貌,可見翹起部分明顯脫離鋼材表面,部分晶粒粗大不均勻;圖３b)是折疊缺陷的微觀形貌,可見折疊處下側有明顯脫碳現象和晶粒長大跡象;圖３c)是裂紋和掉肉缺陷的微觀形貌,可見裂紋中間有明顯的顆粒狀夾雜物;圖３d)是裂紋缺陷的微觀形貌,可見裂紋與鋼材表面角度較大,接近于垂直,且裂紋附近有夾雜物;圖３e)同樣是裂紋缺陷的微觀形貌,但裂紋與鋼材表面角度較小,裂紋附近處稍有脫碳現象和晶粒長大跡象.這些缺陷的微觀形貌與宏觀下所觀察到的表面缺陷相符.

１．３．３ 顯微組織

    HPB３００鋼筋基體顯微組織為正常的珠光體＋鐵素體,無異常組織,如圖４所示.

１．４ 掃描電鏡及能譜分析

    對 HPB３００鋼筋表面缺陷處和縱截面試樣的非金屬夾雜物進行掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)分析,能譜分析位置及結果如圖５所示.可知缺陷處物質主要是鋼材在后期熱加工過程中被氧化所形成的鐵的氧化物如圖５a),b)所示.由圖５c)可知,

    粗系超長非金屬夾雜物主要為 SiOＧMnO 混合硅酸鹽類夾雜物.

２ 分析與討論

    從以上理化檢驗的結果可知,HPB３００鋼筋表面缺陷主要有翹皮、裂紋、折疊、掉肉.翹皮是指鋼材表面有舌狀、魚鱗狀或是指甲狀薄疤黏在鋼材表面的金屬層,也叫結疤[１].表面結疤一般都是在軋制過程中形成的,軋制完成后需要通過水冷箱來控制吐絲溫度,表面缺陷部位易殘留冷卻水,而表面缺陷處抗銹蝕能力較弱,從而缺陷處會存在不同程度的銹蝕現象,即翹皮處存在紅銹.結疤從微觀形貌來分,一般分為無根結疤和有根結疤,無根結疤的底部與基體不相連,且邊緣清晰,分布無規律,脫碳不明顯;有根結疤一側翹起,另一側與基體相連[２],另外有根結疤相對于鋼材基體有明顯的脫碳或組織區別,這是因為有根結疤和鋼材基體相對獨立,在軋制過程中,缺陷部位的冷卻速度和鋼材基體差別較大,導致顯微組織不同[３Ｇ４].結合理化檢驗的結果可知,該 HPB３００鋼筋的翹皮部分有明顯脫碳和晶粒變大,屬于鋼坯中存在大量非金屬夾雜物造成的翹皮狀有根結疤[５].裂紋是一種常見的表面缺陷,它的存在會嚴重影響產品的力學性能.煉鋼工序產生的裂紋一般比較短,呈斷續不規則分布,在隨后的鋼坯加熱和軋制過程中,裂紋內部會呈現不同程度的脫碳現象,裂紋源周圍可能聚集著微量的鈣、硅等元素,結合金相檢驗和能譜分析結果可知,圖３e)所示的裂紋缺陷是在煉鋼工序產生的;軋鋼工序產生的裂紋一般比較長,由于裂紋產生于軋鋼工序,所以裂紋內部可能會卷入或壓入氧化鐵皮,大多數情況下軋鋼工序產生的裂紋會伴隨不同程度的折疊、結疤、劃線等表面缺陷,結合金相檢驗結果可知,圖３d)所示的裂紋缺陷是在軋鋼工序產生的.

    該批 HPB３００鋼筋在煉鋼工序產生的裂紋,可能是鋼坯存在較多非金屬夾雜物缺陷,在后續的軋制過程中伴隨著大幅度的延伸,這些缺陷隨之產生裂紋;HPB３００鋼筋在軋鋼工序產生的裂紋,可能是軋輥槽形狀不規則,氧化鐵皮被壓入紅坯內部造成的.折疊是指鋼材表面存在的沿軋制方向呈直線狀或者鋸齒狀的裂紋,折疊可能是單條或者多條相似的缺陷均勻分布在軋件表面,也可能是兩條平行折疊缺陷相鄰.軋制不當是表面折疊產生的主要原因,在軋制前面道次出現耳子或者過充滿時,在后面的軋制道次就會產生折疊,折疊部分與鋼材基體間有明顯的氧化鐵皮,且折疊部分脫碳明顯,基體脫碳

    不明顯[６Ｇ７].掉肉缺陷可能是軋制的過程中外界金屬或其他物質落在軋件表面,在后續軋制時壓入軋件表面,但在后期加工過程中又脫落,形成掉肉缺陷.

３ 結論及建議

    HPB３００鋼筋表面翹皮、裂紋、折疊、掉肉缺陷形成的主要原因是:大量非金屬夾雜物造成翹皮狀有根結疤缺陷;大量非金屬夾雜物和軋輥槽形狀不規則導致裂紋缺陷;軋制過程中前面道次出現耳子或者過充滿導致產生折疊缺陷;軋制過程中外界金屬或其他物質落在軋件表面,在后期加工過程中又脫落,形成掉肉缺陷.建議強化對鋼坯中夾雜物的處理能力,盡量生產高純凈度、無表面缺陷的連鑄坯;規范軋鋼工序各個環節的操作,定期檢查更換輥環、軋槽和導衛等,落實頭尾剪切標準化作業[８Ｇ１０].

（文章來源：材料與測試網- 理化檢驗－物理分冊 > 54卷 > 7期 (pp:515-518)）