摘 要:某 HPB３００鋼筋表面出現(xiàn)了翹皮、裂紋、折疊、掉肉等缺陷,通過宏觀分析、化學(xué)成分分 析、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡以及能譜分析等方法對(duì)表面缺陷形成的原因進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:大量 的非金屬夾雜物是造成翹皮和裂紋缺陷的主要原因,軋輥槽形狀不規(guī)則是產(chǎn)生裂紋的另一原因;軋 制過程的前面道次出現(xiàn)耳子或者過充滿導(dǎo)致產(chǎn)生折疊缺陷;軋制過程中外界金屬或其他物質(zhì)落在 軋件表面,在后期加工過程中又脫落形成了掉肉缺陷.

關(guān)鍵詞:HPB３００鋼筋;表面缺陷;非金屬夾雜物;裂紋

中圖分類號(hào):TG１１５．２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１８)０７Ｇ０５１５Ｇ０４

HPB３００熱軋 光 圓 鋼 筋 具 有 強(qiáng) 度 高、綜 合 性 能好等優(yōu) 點(diǎn),是 建 筑 用 鋼 的 主 要 產(chǎn) 品,被 大 量 用 作箍筋、分 布 筋,HPB３００ 鋼 筋 質(zhì) 量 的 好 壞 直 接 關(guān)系著人們生命財(cái) 產(chǎn) 的 安 全,因 此 HPB３００ 鋼 筋 質(zhì)量的控制非常重 要,除 了 化 學(xué) 成 分 和 力 學(xué) 性 能 必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求 外,表 面 質(zhì) 量 也 要 求 不 能 有 翹 皮、裂 紋、折 疊 等 缺 陷. 某 公 司 生 產(chǎn) 的 ?１０ mm HPB３００鋼筋出現(xiàn) 了 翹 皮、裂 紋、折 疊、掉 肉 等 缺 陷,筆者 通 過 宏 觀 分 析、化 學(xué) 成 分 分 析、金 相 檢 驗(yàn)、掃描電鏡以及能 譜 分 析 等 方 法 對(duì) 鋼 筋 表 面 缺 陷形成的原因進(jìn)行 了 分 析,以 避 免 類 似 的 不 合 格 品再次出現(xiàn).

１ 理化檢驗(yàn)

１．１ 宏觀分析

HPB３００鋼筋表面翹皮、裂紋、折疊、掉肉等缺 陷的宏觀形貌如圖１所示.

１．２ 化學(xué)成分分析

在 HPB３００ 鋼 筋 表 面 缺 陷 處 取 樣,采 用 ARL３４６０/AD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 GB１４９９．１－２００８ «鋼筋混凝土用鋼 第１部分:熱軋光圓鋼筋»和內(nèi)控 標(biāo)準(zhǔn)對(duì) HPB３００鋼筋化學(xué)成分的要求.

１．３ 金相檢驗(yàn)

１．３．１ 非金屬夾雜物

在 HPB３００ 鋼 筋 缺 陷 處 依 據(jù) GB/T１３２９８－ ２０１５«金屬顯微組織檢驗(yàn)方法»取平行于鍛軋方向的 縱截面試樣,磨拋后采用 GXＧ７１金相顯微鏡對(duì)試樣 拋光態(tài)形貌進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)有大量長條狀?yuàn)A雜物平 行于鍛軋方向,如圖２所示.依據(jù) GB/T１０５６１－ ２００５«鋼中非金屬夾雜物含量的測定———標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí) 圖顯微檢驗(yàn)法»對(duì)非金屬夾雜物含量進(jìn)行評(píng)定,結(jié)果 為 C類(硅酸鹽類)夾雜物.

１．３．２ 表面缺陷微觀形貌

在 HPB３００ 鋼 筋 缺 陷 處 依 據(jù) GB/T１３２９８－ ２０１５取垂直于鍛軋方向的橫 截 面 試 樣,磨 拋 后 用４％(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精溶液侵蝕,然后進(jìn)行顯微組 織形貌觀察.圖３a)是翹皮缺陷的微觀形貌,可見翹起部分明顯脫離鋼材表面,部分晶粒粗大不均勻; 圖３b)是折疊缺陷的微觀形貌,可見折疊處下側(cè)有 明顯脫碳現(xiàn)象和晶粒長大跡象;圖３c)是裂紋和掉 肉缺陷的微觀形貌,可見裂紋中間有明顯的顆粒狀 夾雜物;圖３d)是裂紋缺陷的微觀形貌,可見裂紋與 鋼材表面角度較大,接近于垂直,且裂紋附近有夾雜 物;圖３e)同樣是裂紋缺陷的微觀形貌,但裂紋與鋼 材表面角度較小,裂紋附近處稍有脫碳現(xiàn)象和晶粒 長大跡象.這些缺陷的微觀形貌與宏觀下所觀察到 的表面缺陷相符.

１．３．３ 顯微組織

HPB３００鋼筋基體顯微組織為正常的珠光體＋ 鐵素體,無異常組織,如圖４所示.

１．４ 掃描電鏡及能譜分析

對(duì) HPB３００鋼筋表面缺陷處和縱截面試樣的 非金屬夾雜物進(jìn)行掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS) 分析,能譜分析位置及結(jié)果如圖５所示.可知缺陷 處物質(zhì)主要是鋼材在后期熱加工過程中被氧化所形 成的鐵的氧化物如圖５a),b)所示.由圖５c)可知, 粗系超長非金屬夾雜物主要為 SiOＧMnO 混合硅酸 鹽類夾雜物.

２ 分析與討論

從以上理化檢驗(yàn)的結(jié)果可知,HPB３００鋼筋表 面缺陷主要有翹皮、裂紋、折疊、掉肉.翹皮是指鋼 材表面有舌狀、魚鱗狀或是指甲狀薄疤黏在鋼材表 面的金屬層,也叫結(jié)疤[１].表面結(jié)疤一般都是在軋 制過程中形成的,軋制完成后需要通過水冷箱來控 制吐絲溫度,表面缺陷部位易殘留冷卻水,而表面缺 陷處抗銹蝕能力較弱,從而缺陷處會(huì)存在不同程度 的銹蝕現(xiàn)象,即翹皮處存在紅銹.結(jié)疤從微觀形貌 來分,一般分為無根結(jié)疤和有根結(jié)疤,無根結(jié)疤的底 部與基體不相連,且邊緣清晰,分布無規(guī)律,脫碳不明顯;有根結(jié)疤一側(cè)翹起,另一側(cè)與基體相連[２],另 外有根結(jié)疤相對(duì)于鋼材基體有明顯的脫碳或組織區(qū) 別,這是因?yàn)橛懈Y(jié)疤和鋼材基體相對(duì)獨(dú)立,在軋制 過程中,缺陷部位的冷卻速度和鋼材基體差別較大, 導(dǎo)致顯微組織不同[３Ｇ４].結(jié)合理化檢驗(yàn)的結(jié)果可知, 該 HPB３００鋼筋的翹皮部分有明顯脫碳和晶粒變 大,屬于鋼坯中存在大量非金屬夾雜物造成的翹皮 狀有根結(jié)疤[５].

裂紋是一種常見的表面缺陷,它的存在會(huì)嚴(yán)重 影響產(chǎn)品的力學(xué)性能.煉鋼工序產(chǎn)生的裂紋一般比 較短,呈斷續(xù)不規(guī)則分布,在隨后的鋼坯加熱和軋制 過程中,裂紋內(nèi)部會(huì)呈現(xiàn)不同程度的脫碳現(xiàn)象,裂紋 源周圍可能聚集著微量的鈣、硅等元素,結(jié)合金相檢 驗(yàn)和能譜分析結(jié)果可知,圖３e)所示的裂紋缺陷是在煉鋼工序產(chǎn)生的;軋鋼工序產(chǎn)生的裂紋一般比較 長,由于裂紋產(chǎn)生于軋鋼工序,所以裂紋內(nèi)部可能會(huì) 卷入或壓入氧化鐵皮,大多數(shù)情況下軋鋼工序產(chǎn)生 的裂紋會(huì)伴隨不同程度的折疊、結(jié)疤、劃線等表面缺 陷,結(jié)合金相檢驗(yàn)結(jié)果可知,圖３d)所示的裂紋缺陷 是在軋鋼工序產(chǎn)生的.該批 HPB３００鋼筋在煉鋼 工序產(chǎn)生的裂紋,可能是鋼坯存在較多非金屬夾雜 物缺陷,在后續(xù)的軋制過程中伴隨著大幅度的延伸, 這些缺陷隨之產(chǎn)生裂紋;HPB３００鋼筋在軋鋼工序 產(chǎn)生的裂紋,可能是軋輥槽形狀不規(guī)則,氧化鐵皮被 壓入紅坯內(nèi)部造成的.

折疊是指鋼材表面存在的沿軋制方向呈直線狀 或者鋸齒狀的裂紋,折疊可能是單條或者多條相似 的缺陷均勻分布在軋件表面,也可能是兩條平行折 疊缺陷相鄰.軋制不當(dāng)是表面折疊產(chǎn)生的主要原 因,在軋制前面道次出現(xiàn)耳子或者過充滿時(shí),在后面 的軋制道次就會(huì)產(chǎn)生折疊,折疊部分與鋼材基體間 有明顯的氧化鐵皮,且折疊部分脫碳明顯,基體脫碳 不明顯[６Ｇ７].

掉肉缺陷可能是軋制的過程中外界金屬或其他 物質(zhì)落在軋件表面,在后續(xù)軋制時(shí)壓入軋件表面,但 在后期加工過程中又脫落,形成掉肉缺陷.

３ 結(jié)論及建議

HPB３００鋼筋表面翹皮、裂紋、折疊、掉肉缺陷 形成的主要原因是:大量非金屬夾雜物造成翹皮狀 有根結(jié)疤缺陷;大量非金屬夾雜物和軋輥槽形狀不 規(guī)則導(dǎo)致裂紋缺陷;軋制過程中前面道次出現(xiàn)耳子 或者過充滿導(dǎo)致產(chǎn)生折疊缺陷;軋制過程中外界金屬或其他物質(zhì)落在軋件表面,在后期加工過程中又 脫落,形成掉肉缺陷.

建議強(qiáng)化對(duì)鋼坯中夾雜物的處理能力,盡量生 產(chǎn)高純凈度、無表面缺陷的連鑄坯;規(guī)范軋鋼工序各 個(gè)環(huán)節(jié)的操作,定期檢查更換輥環(huán)、軋槽和導(dǎo)衛(wèi)等, 落實(shí)頭尾剪切標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)[８Ｇ１０].

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文章來源——材料與測試網(wǎng)