鈮微合金化HEB400E鋼筋裂紋缺陷的分析與控制

朱金祿 修井明

通化鋼鐵公司技術(shù)質(zhì)量部 吉林通化 134000

熱軋帶肋鋼筋主要應(yīng)用于各種建筑中，起到“骨架”支撐作用。各國熱軋鋼筋型式、強度級別、質(zhì)量要求不同，都有各自的標(biāo)準(zhǔn)。目前我國熱軋帶肋鋼筋的型式為月牙肋，每年產(chǎn)量達到2億噸，是最大的一個鋼材品種。新版本熱軋鋼筋標(biāo)準(zhǔn)GB/T1499.2-2018在2018年11月1日開始施行，新標(biāo)準(zhǔn)強度等級分為400、500、600三個等級，取消了335級別，并且鋼筋強化方式不能采用熱處理方式，即禁止“穿水”軋制。一些“穿水”生產(chǎn)鋼筋的廠家迫不得已改變工藝，走微合金化方式生產(chǎn)鋼筋。目前微合金化大多數(shù)鋼廠主要采用釩微合金技術(shù)，隨著新標(biāo)準(zhǔn)的施行日期臨近和市場炒作影響，釩系合金價格猛漲，鋼筋生產(chǎn)成本增加。為了降低生產(chǎn)成本，我公司進行了鈮合金替代釩合金生產(chǎn)鋼筋試驗，并形成了批量生產(chǎn)。試驗及生產(chǎn)初期鈮系鋼筋出現(xiàn)了裂紋缺陷。針對裂紋缺陷進行了相關(guān)的研究，通過采取措施成功實現(xiàn)了鈮鋼筋生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本。

1 裂紋缺陷

鈮微合金化鋼筋HRB400E成品鋼材表面存在縱向裂紋，長短不一，有的有規(guī)律，有的無規(guī)律，深度有的只在表面，有的深入到基體，有的表面雖然看不到但冷彎后出現(xiàn)裂紋，大規(guī)格產(chǎn)品裂紋更嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)冷彎裂紋脆斷問題。

2 裂紋缺陷分析及控制措施

（1）對存在不同裂紋缺陷的鋼材取樣，進行了成分、組織、能譜等檢驗分析，并及時查找生產(chǎn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過分析裂紋主要有以下幾個原因引起。

①鑄坯內(nèi)裂。鑄坯內(nèi)裂軋制鋼筋后有的焊合，有的未焊合。未焊合的裂紋有的經(jīng)反復(fù)軋制擠壓擴展到表面，有的留在軋材內(nèi)部。鑄坯內(nèi)裂引起的裂紋較深，冷彎后裂紋變得更大，大規(guī)格鋼材壓下率較低，冷彎后往往發(fā)生脆斷[1]。

鑄坯內(nèi)裂主要是中間裂紋和中心裂紋，中間裂紋產(chǎn)生的原因一般是鑄坯通過一冷和二冷的噴水區(qū)時，由于強制冷卻不良及隨后鑄坯表面的回?zé)岫a(chǎn)生的熱應(yīng)力引起的；而中心裂紋產(chǎn)生則是由于鑄坯的拉速過快，鑄坯在液芯狀態(tài)下矯直時，壓應(yīng)力過大而引起的。

提高轉(zhuǎn)爐終點溫度的命中率，保證鋼水過熱度在合理的溫度范圍內(nèi)，避免高過熱度澆注。另外，降低連鑄二冷比水量，避免由于冷卻強度大而導(dǎo)致鑄坯回溫問題。

②鑄坯夾雜及皮下氣泡。由鑄坯夾雜及皮下氣泡形成的裂紋沒有規(guī)律，裂紋較多，長度不一。高倍及能譜檢測這些裂紋的內(nèi)部有氧化物夾雜，同時也有硅酸鹽類夾雜，能譜檢驗見下圖。夾雜物的存在則相當(dāng)于把鋼基體穿一個洞，破壞了鋼基體的連續(xù)性，在外力的作用下，夾雜物可使金屬發(fā)生應(yīng)力再分配引起應(yīng)力集中，成為鋼基體破壞的根源。鈮微合金化熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)采用的是高溫軋制，在鋼筋熱軋生產(chǎn)過程中，一方面夾雜物可能在不產(chǎn)生變形的情況下碎裂造成許多孔洞，另一方面變形率很低的夾雜物不能與基體一樣地均勻流變，隨著鋼的變形在夾雜物和鋼的界面產(chǎn)生應(yīng)力集中，誘導(dǎo)微裂紋的出現(xiàn)[2]。

皮下氣泡形成的裂紋檢驗無Al、Mg等氧化類夾雜物，主要為氧化鐵皮，能譜檢驗見下圖。皮下氣泡在加熱過程中沒有被燒掉，氣泡內(nèi)壁被氧化形成氧化鐵皮。這樣的缺陷在軋制時無法焊合，最終被拉長形成裂紋。

夾雜及氣泡控制措施主要是出鋼過程中加硅鋁鈣鋇,保證氬站總吹氬時間，保證成分均勻及脫氧效果。此外穩(wěn)定煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏，保證中包鋼液面高度，避免卷渣。

③軋制折疊及劃傷。折疊和劃傷形成的成品裂紋有規(guī)律，一般在鋼材的固定部位。在釩、鈮微合金化合鋼筋中都發(fā)生因折疊造成的裂紋，而劃傷裂紋在鈮微合金化鋼筋明顯增多[3]。其裂紋較淺，不進入基體，裂紋邊部呈鋸齒形，底部圓滑。裂紋周圍無異常組織，沒有明顯的脫碳現(xiàn)象，因劃傷造成的裂紋高倍組織見圖1。

圖1 高倍檢驗

（2）劃傷的原因主要是鈮微合金化鋼筋加熱溫度、終軋溫度高、軋件相對較軟，軋制過程中軋槽、導(dǎo)衛(wèi)、輥道粘鋼造成劃傷。針對劃傷形成的裂紋制定措施如下。

①穩(wěn)定鋼坯溫度、提高軋輥加工精度，嚴(yán)格孔型調(diào)整及導(dǎo)衛(wèi)裝配精度。

②強化軋制準(zhǔn)備和過程檢查，在正式生產(chǎn)前，嚴(yán)格執(zhí)行試軋小樣制度，正常情況都試軋2-3支小樣才允許正常過鋼，如果發(fā)現(xiàn)小樣上有劃傷，停止軋制，消除缺陷后方可過鋼。

③定期維護上鋼輥道、精細安裝導(dǎo)衛(wèi)，對冷床輸入輥道裙板立輪進行點檢、維護，避免劃傷，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品表面有劃傷情況，立即排除。

3 結(jié)語

（1）HRB400E鋼坯的內(nèi)裂會在軋制過程中焊合，但嚴(yán)重內(nèi)裂焊合不了留在了鋼材內(nèi)部或暴露在表面，是鋼材冷彎脆斷的主要原因[4]。

（2）連鑄坯產(chǎn)生內(nèi)部裂紋的原因，除鋼種因素，鋼水澆注過程中鋼水的溫度、連鑄的拉速、結(jié)晶器和二冷區(qū)的冷卻強度和冷卻方式等都可能造成連鑄坯的內(nèi)部裂紋。

（3）鋼中夾雜物的化學(xué)成分主要含有氧、鋁、鈣、錳,由于夾雜物與鋼基體之間的物理性能差異容易導(dǎo)應(yīng)力集中，誘導(dǎo)微裂紋出現(xiàn)。

（4）鈮微合金化鋼筋高溫軋制易造成劃傷，劃傷形成的裂紋固定，較有規(guī)律，強化軋制準(zhǔn)備和過程檢查，可減少劃傷裂紋。