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

    高強度抗震鋼筋的良好塑韌性、高強屈比、高屈 服強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,雖然國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)出 了５００MPa級高強度抗震鋼筋,但對微合金化控軋 控冷工藝的研究還不夠深入,時常出現(xiàn)質(zhì)量缺陷. 為了達到５００ MPa的強度要求,國內(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 由于一味追求高強度,導致鋼筋帶狀組織嚴重、脆斷 缺陷增多,進而強屈比和斷后伸長率降低. 某公司近期生產(chǎn)的 HRB５００E高強度抗震鋼筋 中,出現(xiàn)個別規(guī)格為?２８mm 的抗震鋼筋在冷彎試 驗過程中發(fā)生橫向斷裂的現(xiàn)象.筆者主要利用直讀 光譜 儀、光 學 顯 微 鏡、掃 描 電 鏡 (SEM)、能 譜 儀 (EDS)等分別對冷彎脆斷鋼筋的化學成分、顯微組 織、斷口形貌以及夾雜物成分等進行了檢驗和分析, 以查明其冷彎脆斷的主要原因。

１ 理化檢驗

１.１ 斷口宏觀分析

    ?。矀€?２８mm 的 HRB５００E鋼筋試樣在 GWＧ ５０B型鋼筋彎曲試驗機上進行冷彎試驗,其中一個 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 化學成分分析

    對該爐次熔煉樣及冷彎脆斷鋼筋取樣(脆斷試樣 化學成分分析取樣位置遠離斷口)[３],使用 ARL３４６０ 直讀光譜儀進行化學成分分析,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光學顯微鏡進行金相觀察.拋光 態(tài)觀察發(fā)現(xiàn),對應(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記后,再磨 制開裂源縱向截面到夾雜物部位,測量夾雜物長度, 發(fā)現(xiàn)該部位存在大量超長、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 長度為１．１mm,如圖３所示. 將磨制好的橫截面試樣用４％(體積分數(shù))硝酸 酒精溶液侵蝕后再在光學顯微鏡下觀察.如圖４所 示,試樣 基 體 顯 微 組 織 為 均 勻 的 鐵 素 體 ＋ 珠 光 體[５Ｇ６],晶粒度級別為９．５級,無異常組織缺陷.

１． ４ 斷口微觀分析

    利用ZEISSSIGMA HD掃描電鏡(SEM)對冷 彎脆斷鋼筋斷口進行觀察發(fā)現(xiàn),整個斷口基本為脆 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,如圖６所示;使用 XＧMax５０ 能譜儀(EDS)分析可確認這些塊狀物為硅酸鹽類夾 雜物,如圖７所示.

２ 綜合分析

     由上述理化檢驗結(jié)果可知:該冷彎脆斷鋼筋的 化學成分及對應(yīng)爐次鋼液的化學成分均符合相關(guān)技 術(shù)要求;顯微組織為均勻的鐵素體＋珠光體,無異常 組織特征,晶粒度級別為９．５級,均符合相關(guān)標準對 HRB５００E高強度抗震鋼筋的技術(shù)要求[７]. 經(jīng)調(diào)研,該公司生產(chǎn)的該爐次使用開澆爐,鋼液硅酸鹽類夾雜物. 鋼筋脆斷斷口中出現(xiàn)了超長、超寬型硅酸鹽類 夾雜物,且硅酸鹽類夾雜物為脆性夾雜物,與基體金 屬的韌性、塑性有較大的差別.試樣在冷彎變形時, 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 展,達到一定臨界狀態(tài)時便會發(fā)生開裂[１０].

３ 結(jié)論及建議

     (１) HRB５００E高強度抗震鋼筋冷彎脆斷的主 要原因為材料中存在大量硅酸鹽類夾雜物,其次為 應(yīng)力集中,在受到彎曲應(yīng)力時,兩者會共同作用在最 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 嚴重二次氧化,是導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.

（文章來源：材料與測試網(wǎng)-理化檢驗-物理分冊）