王建新

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司制造管理部）

1 前言

隨著建筑逐漸朝著高層化、大型化方向發(fā)展,對(duì)建筑材料尤其是建筑鋼筋提出了更高的技術(shù)要求。HRB400E抗震鋼筋是目前國(guó)內(nèi)最常用的熱軋帶肋鋼筋，在高層建筑、橋梁、鐵道、港口、水電等重大基礎(chǔ)設(shè)施的鋼筋混凝土中得到了廣泛應(yīng)用。八鋼自主研發(fā)的HRB400E熱軋帶肋抗震鋼筋，已經(jīng)供應(yīng)疆內(nèi)外建筑市場(chǎng)，得到市場(chǎng)廣泛認(rèn)可。但是近期生產(chǎn)的一批Ф28mm的HRB400E被檢測(cè)出冷彎裂紋-冷彎不合格，為找出原因，對(duì)此批鋼筋的生產(chǎn)情況及工藝進(jìn)行了調(diào)查，并對(duì)不合格鋼筋裂紋進(jìn)行了化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)和夾雜物分析。

2 HRB400E生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述

生產(chǎn)HRB400E的工藝流程：40t轉(zhuǎn)爐→鋼包底吹氬→方坯連鑄機(jī)→棒材機(jī)組→檢驗(yàn)→標(biāo)識(shí)→入庫(kù)。

八鋼第一煉鋼廠有2×40t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，二套底吹氬處理裝置，二臺(tái)R8m4機(jī)4流小方坯連鑄機(jī)，澆鑄的連鑄坯的斷面為150×150 mm2。

棒材生產(chǎn)線由16架平立交替卡盤式短應(yīng)力線軋機(jī)組成，主要軋制Φ10～Φ40mm的圓鋼和帶肋鋼筋。

經(jīng)調(diào)查，該批鋼由八鋼40t產(chǎn)線2#轉(zhuǎn)爐冶煉，0#連鑄機(jī)澆鑄，棒線機(jī)組軋制。檢查該生產(chǎn)線的冶煉、連鑄、軋制工藝和有關(guān)記錄未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

3 檢測(cè)分析及討論

3.1 化學(xué)成分（冷彎裂縫處檢測(cè)）

對(duì)鋼筋冷彎裂缺陷處做化學(xué)分析，化學(xué)成分結(jié)果見(jiàn)表1，各元素含量均符合國(guó)標(biāo)GB/T1499.2-2018的要求。

表1 冷彎裂紋處化學(xué)成分 %

3.2 金相檢測(cè)

對(duì)鋼筋冷彎裂縫處做金相分析。缺陷處的金相組織為：鐵素體+珠光體，晶粒度評(píng)級(jí)為8.0級(jí)。

在缺陷處進(jìn)行夾雜物分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2，顯微鏡下觀察夾雜物形貌見(jiàn)圖1。

表2 冷彎裂紋試樣的夾雜物分析

C類夾雜物為硅酸鹽類夾雜物，夾雜物最大寬度為22μm。

圖1 夾雜物形貌

3.3 討論與分析

3.3.1 金相組織

鋼材中晶粒大小對(duì)鋼的性能有很大的影響,晶粒粗大會(huì)降低鋼的塑性,會(huì)影響冷彎性能。從金相檢驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看,冷彎裂紋試樣的晶粒度在8.0級(jí),和正常試樣晶粒度級(jí)別(7.5～9.5級(jí))相當(dāng),晶粒比較細(xì)；對(duì)于熱軋帶肋鋼筋,GB/T1499.2～2018要求鋼筋的金相組織應(yīng)主要是鐵素體加珠光體。檢驗(yàn)的冷彎裂紋試樣的顯微組織鐵素體加珠光體，組織符合標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，可以排除這些影響因素。

3.3.2夾雜物

鋼中非金屬夾雜物破壞了鋼的連續(xù)性和致密性，對(duì)鋼的產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)極大的危害。

鋼材的機(jī)械性能在各種受力條件下的表現(xiàn)是由材料內(nèi)部所發(fā)生的塑性形變和斷裂這兩個(gè)基本過(guò)程所決定的。非金屬夾雜物會(huì)降低鋼的機(jī)械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。受力時(shí)，非夾雜物往往作為顯微裂紋的起點(diǎn)而起著重要作用。非金屬夾雜物也促使鋼形成熱加工纖維組織與帶狀組織，使材料具有各向異性。嚴(yán)重時(shí)，橫向塑性僅為縱向的一半，并使沖擊韌性大為降低。非金屬夾雜物的性質(zhì)、形態(tài)、分布、尺寸及含量不同，對(duì)鋼性能的影響也不同。條帶狀塑性?shī)A雜物和點(diǎn)鏈狀脆性?shī)A雜物使鋼材性能帶有方向性，使鋼的橫向塑性低于縱向塑性[1]。

對(duì)冷彎裂紋試樣斷面夾雜物檢驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看,鋼筋中存在的夾雜是硅酸鹽類、硫化物類、球狀氧化物類夾雜物。試樣中硫化物類夾雜物級(jí)別2.0級(jí),球狀氧化物類夾雜物級(jí)別1級(jí),而且都是細(xì)類夾雜物，與正常試樣夾雜物級(jí)別接近,夾雜物含量較低,對(duì)鋼筋冷彎裂紋的影響不大。硅酸鹽類夾雜物達(dá)到3級(jí)，而且是粗類夾雜物，對(duì)鋼筋冷彎裂紋的影響較大。

綜合分析認(rèn)為:此批次熱軋帶肋鋼筋冷彎裂紋主要是由夾雜物引起，屬硅酸鹽類夾雜物。

4 夾雜物的來(lái)源分析

根據(jù)夾雜物來(lái)源[2]，鋼中非金屬夾雜物分為外來(lái)夾雜物和內(nèi)生夾雜物。外來(lái)非金屬夾雜物是由于耐火材料、爐渣等在鋼水的冶煉、運(yùn)送、澆鑄等過(guò)程中進(jìn)入鋼液中并滯留在鋼中形成的夾雜物。一般來(lái)講，外生夾雜物的尺寸要比內(nèi)生夾雜物大，常常位于鋼的表層，因此危害更大。內(nèi)生類夾雜物是指在液態(tài)或固態(tài)鋼內(nèi)，由于脫氧、鋼水鈣處理等各種物理化學(xué)反應(yīng)而形成的夾雜物。此外，在完成對(duì)鋼水的脫氧操作之后，如鋼液被空氣、氧化性爐渣等再次氧化（稱為二次氧化），鋼液內(nèi)部生成的氧化產(chǎn)物（Al2O3、SiO2、MnO等）也屬于內(nèi)生類非金屬夾雜物。內(nèi)生夾雜物在鋼中的分布，相對(duì)比較均勻，顆粒一般比較細(xì)小。

為了解夾雜物的來(lái)源,使用KYKY-1000B掃描電鏡，對(duì)冷彎裂紋試樣斷面進(jìn)行電鏡掃描分析,分析三處位置的夾雜物結(jié)果，見(jiàn)表3。

表3 電子顯微鏡分析夾雜物成分 %

根據(jù)電鏡分析結(jié)果表明：夾雜物的主要成分是Mn、Si及少量 Ca、Mg、Al、S（表 5）。

轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼水經(jīng)鋼包、中間包、結(jié)晶器連鑄成坯,鋼包、中間包加碳化稻殼保溫,結(jié)晶器添加保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄。

為分析夾雜物來(lái)源，對(duì)鋼包耐火材料成分（見(jiàn)表4）、中間包耐火材料成分（見(jiàn)表5）、轉(zhuǎn)爐終渣4爐成分（見(jiàn)表6）及連鑄保護(hù)渣成分（見(jiàn)表7）進(jìn)行了分析。

表4 鋼包耐火材料化學(xué)成分分析 %

表5 中間包耐火材料化學(xué)成分分析

根據(jù)電鏡分析結(jié)果表明:夾雜物的主要成分是Mn、Si。從表 4、5、6、7 可以排除轉(zhuǎn)爐渣、鋼包耐火材料、中間包耐火材料、保護(hù)渣的影響。因?yàn)槭寝D(zhuǎn)爐渣中MnO較低（見(jiàn)表6），說(shuō)明出鋼過(guò)程中擋渣效果較好；鋼包耐火材料含MnO低（見(jiàn)表4）；中間包耐火材料不含MnO（表5）；保護(hù)渣不含MnO（見(jiàn)表7）。

表6 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣化學(xué)成分分析 %

表7 連鑄保護(hù)渣成分 %

對(duì)本批鋼連鑄過(guò)程進(jìn)行了調(diào)查：連鑄工藝要求中間包的鋼液面控制在300mm以上，對(duì)應(yīng)中間包鋼水噸位是6.5t，實(shí)際中間包鋼水噸位是8～11t（對(duì)應(yīng)鋼液面高度在400～550mm），所以可排除中間包下渣的因素。

分析認(rèn)為，夾雜物來(lái)源于內(nèi)生夾雜物：生產(chǎn)HRB400E要采用硅錳合金（或錳鐵）、硅鐵脫氧合金化,一些脫氧產(chǎn)物可能來(lái)不及上浮就留在鋼液中,夾雜物主要含有MnO、SiO2。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合分析認(rèn)為：造成Ф28mm HRB400E熱軋帶肋鋼筋冷彎裂紋的主要原因是由夾雜物引起的，夾雜物類型是硅酸鹽類夾雜物。從來(lái)源來(lái)看，基本可以排除外來(lái)夾雜物，主要來(lái)源是含Mn、Si的脫氧產(chǎn)物，屬于內(nèi)生夾雜物。

建議采取相應(yīng)對(duì)策：（1）提高終點(diǎn)控制命中率，C%控制在0.08%以上，降低鋼中溶解氧含量，從源頭減少鋼中非金屬夾雜物數(shù)量。（2）適當(dāng)延長(zhǎng)鋼包吹氬時(shí)間、優(yōu)化吹氬操作工藝、提高吹氬工的操作技能等措施。夾雜物可以得到有效控制。