分享：HPB３００钢筋表面缺陷原因分析

冯紫萱

(陕钢集团汉中钢铁有限责任公司,汉中 ７２４２００)

摘 要:某 HPB３００钢筋表面出现了翘皮、裂纹、折叠、掉肉等缺陷,通过宏观分析、化学成分分析、金相检验、扫描电镜以及能谱分析等方法对表面缺陷形成的原因进行了分析.结果表明:大量的非金属夹杂物是造成翘皮和裂纹缺陷的主要原因,轧辊槽形状不规则是产生裂纹的另一原因;轧制过程的前面道次出现耳子或者过充满导致产生折叠缺陷;轧制过程中外界金属或其他物质落在轧件表面,在后期加工过程中又脱落形成了掉肉缺陷.

关键词:HPB３００钢筋;表面缺陷;非金属夹杂物;裂纹

中图分类号:TG１１５．２ 文献标志码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０７Ｇ０５１５Ｇ０４

    HPB３００热轧 光 圆 钢 筋 具 有 强 度 高、综 合 性能好等优 点,是 建 筑 用 钢 的 主 要 产 品,被 大 量 用作箍筋、分 布 筋,HPB３００ 钢 筋 质 量 的 好 坏 直 接关系着人们生命财 产 的 安 全,因 此 HPB３００ 钢 筋质量的控制非常重 要,除 了 化 学 成 分 和 力 学 性 能必须满足标准要求 外,表 面 质 量 也 要 求 不 能 有 翘皮、裂 纹、折 叠 等 缺 陷. 某 公 司 生 产 的 ?１０ mmHPB３００钢筋出现 了 翘 皮、裂 纹、折 叠、掉 肉 等 缺陷,笔者 通 过 宏 观 分 析、化 学 成 分 分 析、金 相 检验、扫描电镜以及能 谱 分 析 等 方 法 对 钢 筋 表 面 缺陷形成的原因进行 了 分 析,以 避 免 类 似 的 不 合 格品再次出现.

１ 理化检验

１．１ 宏观分析

    HPB３００钢筋表面翘皮、裂纹、折叠、掉肉等缺陷的宏观形貌如图１所示.

１．２ 化学成分分析

    在 HPB３００ 钢 筋 表 面 缺 陷 处 取 样,采 用ARL３４６０/AD直读光谱仪进行化学成分分析,结果见表１.可见各元素含量均符合 GB１４９９．１－２００８《钢筋混凝土用钢 第１部分:热轧光圆钢筋»和内控标准对 HPB３００钢筋化学成分的要求.

１．３ 金相检验

１．３．１ 非金属夹杂物

    在 HPB３００ 钢 筋 缺 陷 处 依 据 GB/T１３２９８－２０１５«金属显微组织检验方法»取平行于锻轧方向的纵截面试样,磨抛后采用 GXＧ７１金相显微镜对试样抛光态形貌进行观察,发现有大量长条状夹杂物平行于锻轧方向,如图２所示.依据 GB/T１０５６１－２００５«钢中非金属夹杂物含量的测定———标准评级图显微检验法»对非金属夹杂物含量进行评定,结果为 C类(硅酸盐类)夹杂物.

１．３．２ 表面缺陷微观形貌

    在 HPB３００ 钢 筋 缺 陷 处 依 据 GB/T１３２９８－２０１５取垂直于锻轧方向的横 截 面 试 样,磨 抛 后 用４％(体积分数)硝酸酒精溶液侵蚀,然后进行显微组织形貌观察.图３a)是翘皮缺陷的微观形貌,可见翘起部分明显脱离钢材表面,部分晶粒粗大不均匀;图３b)是折叠缺陷的微观形貌,可见折叠处下侧有明显脱碳现象和晶粒长大迹象;图３c)是裂纹和掉肉缺陷的微观形貌,可见裂纹中间有明显的颗粒状夹杂物;图３d)是裂纹缺陷的微观形貌,可见裂纹与钢材表面角度较大,接近于垂直,且裂纹附近有夹杂物;图３e)同样是裂纹缺陷的微观形貌,但裂纹与钢材表面角度较小,裂纹附近处稍有脱碳现象和晶粒长大迹象.这些缺陷的微观形貌与宏观下所观察到的表面缺陷相符.

１．３．３ 显微组织

    HPB３００钢筋基体显微组织为正常的珠光体＋铁素体,无异常组织,如图４所示.

１．４ 扫描电镜及能谱分析

    对 HPB３００钢筋表面缺陷处和纵截面试样的非金属夹杂物进行扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)分析,能谱分析位置及结果如图５所示.可知缺陷处物质主要是钢材在后期热加工过程中被氧化所形成的铁的氧化物如图５a),b)所示.由图５c)可知,

    粗系超长非金属夹杂物主要为 SiOＧMnO 混合硅酸盐类夹杂物.

２ 分析与讨论

    从以上理化检验的结果可知,HPB３００钢筋表面缺陷主要有翘皮、裂纹、折叠、掉肉.翘皮是指钢材表面有舌状、鱼鳞状或是指甲状薄疤黏在钢材表面的金属层,也叫结疤[１].表面结疤一般都是在轧制过程中形成的,轧制完成后需要通过水冷箱来控制吐丝温度,表面缺陷部位易残留冷却水,而表面缺陷处抗锈蚀能力较弱,从而缺陷处会存在不同程度的锈蚀现象,即翘皮处存在红锈.结疤从微观形貌来分,一般分为无根结疤和有根结疤,无根结疤的底部与基体不相连,且边缘清晰,分布无规律,脱碳不明显;有根结疤一侧翘起,另一侧与基体相连[２],另外有根结疤相对于钢材基体有明显的脱碳或组织区别,这是因为有根结疤和钢材基体相对独立,在轧制过程中,缺陷部位的冷却速度和钢材基体差别较大,导致显微组织不同[３Ｇ４].结合理化检验的结果可知,该 HPB３００钢筋的翘皮部分有明显脱碳和晶粒变大,属于钢坯中存在大量非金属夹杂物造成的翘皮状有根结疤[５].裂纹是一种常见的表面缺陷,它的存在会严重影响产品的力学性能.炼钢工序产生的裂纹一般比较短,呈断续不规则分布,在随后的钢坯加热和轧制过程中,裂纹内部会呈现不同程度的脱碳现象,裂纹源周围可能聚集着微量的钙、硅等元素,结合金相检验和能谱分析结果可知,图３e)所示的裂纹缺陷是在炼钢工序产生的;轧钢工序产生的裂纹一般比较长,由于裂纹产生于轧钢工序,所以裂纹内部可能会卷入或压入氧化铁皮,大多数情况下轧钢工序产生的裂纹会伴随不同程度的折叠、结疤、划线等表面缺陷,结合金相检验结果可知,图３d)所示的裂纹缺陷是在轧钢工序产生的.

    该批 HPB３００钢筋在炼钢工序产生的裂纹,可能是钢坯存在较多非金属夹杂物缺陷,在后续的轧制过程中伴随着大幅度的延伸,这些缺陷随之产生裂纹;HPB３００钢筋在轧钢工序产生的裂纹,可能是轧辊槽形状不规则,氧化铁皮被压入红坯内部造成的.折叠是指钢材表面存在的沿轧制方向呈直线状或者锯齿状的裂纹,折叠可能是单条或者多条相似的缺陷均匀分布在轧件表面,也可能是两条平行折叠缺陷相邻.轧制不当是表面折叠产生的主要原因,在轧制前面道次出现耳子或者过充满时,在后面的轧制道次就会产生折叠,折叠部分与钢材基体间有明显的氧化铁皮,且折叠部分脱碳明显,基体脱碳

    不明显[６Ｇ７].掉肉缺陷可能是轧制的过程中外界金属或其他物质落在轧件表面,在后续轧制时压入轧件表面,但在后期加工过程中又脱落,形成掉肉缺陷.

３ 结论及建议

    HPB３００钢筋表面翘皮、裂纹、折叠、掉肉缺陷形成的主要原因是:大量非金属夹杂物造成翘皮状有根结疤缺陷;大量非金属夹杂物和轧辊槽形状不规则导致裂纹缺陷;轧制过程中前面道次出现耳子或者过充满导致产生折叠缺陷;轧制过程中外界金属或其他物质落在轧件表面,在后期加工过程中又脱落,形成掉肉缺陷.建议强化对钢坯中夹杂物的处理能力,尽量生产高纯净度、无表面缺陷的连铸坯;规范轧钢工序各个环节的操作,定期检查更换辊环、轧槽和导卫等,落实头尾剪切标准化作业[８Ｇ１０].

（文章来源：材料与测试网- 理化检验－物理分册 > 54卷 > 7期 (pp:515-518)）