盧春光，張澤宇，林生秀，李 博，王小東，史永剛，姜新巖

（陜鋼集團產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院有限公司，陜西 漢中 723000）

超高強度抗震鋼筋是新一代建筑用鋼，與HRB400鋼筋相比，具有強度高、延伸率好、抗震性優(yōu)、可安全儲備、易于混凝土振搗，防腐性能更佳、替代HRB400鋼筋可節(jié)約鋼筋用量30%，建筑工程綜合成本低、施工簡便等優(yōu)點。超高強度抗震鋼筋是引領(lǐng)鋼鐵與建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有革命性的新材料，代表未來建筑用鋼的方向。某鋼鐵企業(yè)在開發(fā)超高強度抗震鋼筋時，各項性能指標均滿足用戶要求，但是，在產(chǎn)品檢驗中時常出現(xiàn)反彎斷裂的情況。對合格批次及反彎斷裂批次的生產(chǎn)過程、檢驗結(jié)果進行對比分析，查找其反彎斷裂的原因。

1 試驗材料及方法

本試驗采用的實驗材料取自某公司生產(chǎn)的Φ25 mm的超高強度抗震鋼筋，選取反彎斷裂試樣和反彎合格的另外一批次同規(guī)格的樣品進行對比分析。對選取試樣的化學(xué)成分、氣體含量、性能對比、金相組織、非金屬夾雜和斷口等進行分析，尋找其反彎斷裂的主要原因。

反向彎曲試驗工藝：將試樣先正向彎曲90°→經(jīng)正向彎曲后的試樣在100℃±10℃的溫度下保溫至少30 min→經(jīng)自然冷卻后再反向彎曲20°。

2 試驗結(jié)果

2.1 成分分析

利用ARL3360型直讀光譜儀分別測定了兩批次試樣的化學(xué)成分，分析結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，兩批次試樣成分基本一致，均在標準[1]要求的范圍內(nèi)，成分一致性控制較好，可見鋼材成分不是導(dǎo)致鋼材反彎斷裂的主要原因。

表1 實驗材料的化學(xué)成分 %

2.2 性能對比

利用WESW-600C型拉力試驗機分別測定兩批次試樣的抗拉性能，結(jié)果如表2所示?？梢妰膳卧嚇涌估阅芫鶟M足標準要求，但斷裂試樣無論是屈服強度還是抗拉強度都稍高于合格試樣，抗屈比均滿足標準要求，相差很小。

表2 實驗材料的抗拉性能

2.3 氣體含量分析

對合格試樣、斷裂試樣進行氣體含量分析，結(jié)果如表3所示，鋼材的N、O元素含量均在正常范圍內(nèi)。

表3 鋼材氣體元素分析結(jié)果 %

2.4 斷口觀察

取反彎斷裂試樣分析，斷口形貌如圖1所示，試樣的反彎斷口均呈現(xiàn)解理狀，為脆性斷口，斷口處存在由表面向中心延伸的裂紋。

圖1 反彎斷口形貌分析

2.5 顯微組織分析

取反彎斷裂試樣和合格試樣附近區(qū)域進行金相組織分析，如圖2所示，反彎斷裂樣品顯微組織呈網(wǎng)狀鐵素體+珠光體，合格樣品顯微組織為正常鐵素體+珠光體，采用IPP對兩相進行定量分析，其中反彎斷裂試樣珠光體含量為70.3%，合格試樣珠光體含量為40.5%。根據(jù)鐵碳相圖，應(yīng)用杠桿定律[2]可計算出斷裂試樣w（C）為0.26%時，鋼中珠光體含量31.8%，鐵素體含量68.2%，因此，可判斷反彎斷裂試樣顯微組織異常。

圖2 鋼材顯微組織照片

3 討論分析

超高強度抗震鋼筋正常組織應(yīng)該為具有良好塑性和韌性的鐵素體＋珠光體，但不同的鐵素體和珠光體含量以及其晶粒尺寸大小，對塑韌性的影響也很大。晶粒尺寸d與裂紋擴展臨界應(yīng)力σt的關(guān)系是σt∝d-1/2，也就是隨著鐵素體晶粒尺寸減小，裂紋擴展臨界應(yīng)力提高，鋼的韌性也相應(yīng)提高[3]。因此，鋼中存在數(shù)量較多、晶粒細小的鐵素體可以提高鋼的韌性。珠光體的強度、硬度均高于鐵素體，一般隨著珠光體硬相含量增加，鋼的抗拉性能提高，但韌性降低。

由于本次超高強度抗震鋼筋Φ25 mm生產(chǎn)時氣溫較低，根據(jù)Fe-Fe3C相圖[4]計算，T63E鋼筋的γ→α轉(zhuǎn)變溫度為810℃左右，γ→Fe3C轉(zhuǎn)變溫度為700℃左右，在現(xiàn)場實際測得鋼材由800℃降低至700℃的冷速為3℃/s。當冷速過快時，碳元素在奧氏體中擴散系數(shù)降低，沿晶界析出的先共析鐵素體呈網(wǎng)狀，珠光體團變大。在彎曲應(yīng)力的作用下，易優(yōu)先在鋼材的應(yīng)力集中及表面缺陷區(qū)域萌生裂紋，網(wǎng)狀鐵素體和塊狀珠光體的微觀組織嚴重影響了鋼材的韌性，使得表面裂紋迅速生成及擴展，造成鋼材反彎斷裂。

4 結(jié)論

1）超高強度抗震鋼筋Φ25 mm反彎斷裂試樣組織由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀鐵素體+大塊狀珠光體。

2）根據(jù)鐵碳相圖，應(yīng)用杠桿定律可計算出斷裂試樣w（C）為0.26%時，鋼中珠光體含量31.8%，鐵素體含量68.2%。因此，可判斷反彎斷裂試樣顯微組織異常。

3）超高強度抗震鋼筋Φ25 mm反彎斷裂主要原因為冷速過快，組織由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀鐵素體+大塊狀珠光體，導(dǎo)致鋼材韌性變差。