馮文博

(陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司,漢中 ７２４２００)

摘 要:某公司生產(chǎn)的 HRB５００E高強(qiáng)度抗震鋼筋在冷彎試驗(yàn)中發(fā)生脆斷現(xiàn)象.利用直讀光譜儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、能譜儀等分別對(duì)脆斷鋼筋的化學(xué)成分、顯微組織、斷口形貌及夾雜物成分等進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析.結(jié)果表明:鋼液氧化所產(chǎn)生的大量超長(zhǎng)、超寬硅酸鹽類夾雜物是導(dǎo)致該HRB５００E高強(qiáng)度抗震鋼筋冷彎脆斷的主要原因.

關(guān)鍵詞:高強(qiáng)度抗震鋼筋;冷彎脆斷;硅酸鹽類夾雜物;失效分析

中圖分類號(hào):TU５１１．３２;TG１４２．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１８)０８Ｇ０６１８Ｇ０３

高強(qiáng)度抗震鋼筋的良好塑韌性、高強(qiáng)屈比、高屈服強(qiáng)度可以最大限度地吸收地震能量,提高建筑物的安全性[１].目前,雖然國(guó)內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)出了５００MPa級(jí)高強(qiáng)度抗震鋼筋,但對(duì)微合金化控軋控冷工藝的研究還不夠深入,時(shí)常出現(xiàn)質(zhì)量缺陷.

為了達(dá)到５００ MPa的強(qiáng)度要求,國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)添加的釩、氮合金量偏高,不僅增加了生產(chǎn)成本,而且由于一味追求高強(qiáng)度,導(dǎo)致鋼筋帶狀組織嚴(yán)重、脆斷缺陷增多,進(jìn)而強(qiáng)屈比和斷后伸長(zhǎng)率降低.某公司近期生產(chǎn)的 HRB５００E高強(qiáng)度抗震鋼筋中,出現(xiàn)個(gè)別規(guī)格為?２８mm 的抗震鋼筋在冷彎試驗(yàn)過程中發(fā)生橫向斷裂的現(xiàn)象.筆者主要利用直讀光譜 儀、光 學(xué) 顯 微 鏡、掃 描 電 鏡 (SEM)、能 譜 儀(EDS)等分別對(duì)冷彎脆斷鋼筋的化學(xué)成分、顯微組織、斷口形貌以及夾雜物成分等進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析,以查明其冷彎脆斷的主要原因.

１ 理化檢驗(yàn)

１．１ 斷口宏觀分析

?。矀€(gè)?２８mm 的 HRB５００E鋼筋試樣在 GWＧ５０B型鋼筋彎曲試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行冷彎試驗(yàn),其中一個(gè)試樣出現(xiàn)冷彎脆斷現(xiàn)象,斷口形貌如圖１所示.可以看出:開裂源位于鋼筋表面一側(cè)橫肋的根部,開裂源部位斷口平齊;裂紋擴(kuò)展區(qū)呈放射狀,逆向指向裂紋源,為典型的脆性斷口;另一側(cè)為瞬斷剪切唇,表面呈纖維狀,為斷裂過程的最后階段[２].

１．２ 化學(xué)成分分析

對(duì)該爐次熔煉樣及冷彎脆斷鋼筋取樣(脆斷試樣化學(xué)成分分析取樣位置遠(yuǎn)離斷口)[３],使用 ARL３４６０直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見表１,可見各元素含量均符合相關(guān)技術(shù)要求.

１．３ 金相分析

在冷彎脆斷鋼筋斷口處截取橫截面試樣,磨制、拋光后使用 GX７１光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相觀察.拋光態(tài)觀察發(fā)現(xiàn),對(duì)應(yīng)開裂源部位的基體上存在大量塊狀硅酸鹽類夾雜物,橫截面夾雜物的長(zhǎng)度方向顯示的是夾雜物的寬度[４],如圖２所示.

將開裂源橫截面夾雜物部位做好標(biāo)記后,再磨制開裂源縱向截面到夾雜物部位,測(cè)量夾雜物長(zhǎng)度,發(fā)現(xiàn)該部位存在大量超長(zhǎng)、超寬硅酸鹽類夾雜物:夾雜物的最大寬度為５３μm,如圖２所示;夾雜物的總長(zhǎng)度為１．１mm,如圖３所示.將磨制好的橫截面試樣用４％(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精溶液侵蝕后再在光學(xué)顯微鏡下觀察.如圖４所示,試樣 基 體 顯 微 組 織 為 均 勻 的 鐵 素 體 ＋ 珠 光體[５Ｇ６],晶粒度級(jí)別為９．５級(jí),無(wú)異常組織缺陷.

１．４ 斷口微觀分析

利用ZEISSSIGMA HD掃描電鏡(SEM)對(duì)冷彎脆斷鋼筋斷口進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn),整個(gè)斷口基本為脆性斷口,如圖５所示.其中,開裂源位置斷口上分布著較多的塊狀小亮點(diǎn),如圖６所示;使用 XＧMax５０能譜儀(EDS)分析可確認(rèn)這些塊狀物為硅酸鹽類夾雜物,如圖７所示.

２ 綜合分析

由上述理化檢驗(yàn)結(jié)果可知:該冷彎脆斷鋼筋的化學(xué)成分及對(duì)應(yīng)爐次鋼液的化學(xué)成分均符合相關(guān)技術(shù)要求;顯微組織為均勻的鐵素體＋珠光體,無(wú)異常組織特征,晶粒度級(jí)別為９．５級(jí),均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)HRB５００E高強(qiáng)度抗震鋼筋的技術(shù)要求[７].經(jīng)調(diào)研,該公司生產(chǎn)的該爐次使用開澆爐,鋼液

澆鑄溫度過高,造成了鋼液與空氣嚴(yán)重的二次氧化,形成了大量的外來(lái)硅酸鹽類夾雜物[８],夾雜物未及時(shí)上浮,混入結(jié)晶器內(nèi),導(dǎo)致鋼坯鋼材中出現(xiàn)大量的硅酸鹽類夾雜物.

鋼筋脆斷斷口中出現(xiàn)了超長(zhǎng)、超寬型硅酸鹽類夾雜物,且硅酸鹽類夾雜物為脆性?shī)A雜物,與基體金屬的韌性、塑性有較大的差別.試樣在冷彎變形時(shí),夾雜物不能產(chǎn)生相應(yīng)的變形[９],鋼的變形在夾雜物與基體界面處發(fā)生應(yīng)力集中,使該處產(chǎn)生微裂紋,隨著載荷的增加夾雜物處所產(chǎn)生的微裂紋將不斷擴(kuò)展,達(dá)到一定臨界狀態(tài)時(shí)便會(huì)發(fā)生開裂[１０].

３ 結(jié)論及建議

(１)HRB５００E高強(qiáng)度抗震鋼筋冷彎脆斷的主要原因?yàn)椴牧现写嬖诖罅抗杷猁}類夾雜物,其次為應(yīng)力集中,在受到彎曲應(yīng)力時(shí),兩者會(huì)共同作用在最薄弱部位使鋼筋發(fā)生橫向脆性斷裂.

(２)鋼液澆鑄溫度過高,造成了鋼液與空氣的嚴(yán)重二次氧化,是導(dǎo)致形成大量硅酸鹽類夾雜物的主要原因.

(３)建議優(yōu)化冶煉工藝制度,提高鋼液潔凈度,降低夾雜物含量,改善夾雜物的分布形態(tài),避免類似質(zhì)量事故的再發(fā)生.

（文章來(lái)源：材料與測(cè)試網(wǎng)-理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 2018年 > 8期 > pp.618）