热轧带肋钢筋失效试样的缺陷分析

2021-03-16张吉军赵衍芳

山东冶金 2021年1期

张吉军，赵衍芳

（石横特钢集团有限公司，山东肥城271600）

1 前言

热轧带肋钢筋是国民经济各个行业所需的最重要的原材料之一。随着技术的不断进步，钢材的产量和质量有了大幅度的提高，用户对材料外观质量要求不断提高。钢材在生产过程中，除了必要的化学成分和力学性能外，对表面质量也有严格要求，表面不得有裂纹、结疤等缺陷。但这些缺陷往往是由于钢坯本身存在缺陷，轧制过程中发生堆钢、劈裂、结疤等问题，产生内外部质量异议。经检验发现，钢坯一般存在角部裂纹、皮下裂纹、夹渣等，而出现问题的轧材往往与钢坯的某种缺陷是一一对应的。比如方坯的中心裂纹、中间裂纹、角部裂纹等缺陷主要是浇注温度高、钢液过热度大造成的，这样钢坯在加热时，裂纹会被氧化，轧制不能焊合，容易造成钢材劈裂、堆钢等，影响钢材质量，造成经济损失。因此，必须加强钢材表面质量控制和检验，对钢材表面缺陷进行准确界定和判定，对缺陷产生的原因进行科学分析，减少和防止热轧带肋钢筋外观缺陷的产生，从而提高钢材质量。

2 试验结果和分析

2.1 失效试样宏观分析

取有代表性的失效试样进行分析，热轧带肋钢筋轧制过程中劈裂、碎断，以及热轧带肋钢筋表面结疤、裂纹及滚丝过程中空腔开裂等，实物形貌见图1a～e。

图1 热轧带肋钢筋典型缺陷

2.2 金相检验

失效试样制取成金相试样后，微观缺陷情况见表1，微观照片见图2a～g；连铸方坯酸洗后情况见表2，宏观照片及制取成金相试样后的微观照片见图3a～e。

表1 失效试样高倍检测结果

由表1 及图2a～g 可以看出，失效试样经高倍检验分析发现，缺陷附近均有大量高温氧化物和非金属夹杂物聚集，锚杆“空腔式”开裂是由于方坯中心或中间裂纹严重，在轧制过程由于温度较高，裂纹会被氧化，轧制不能焊合，造成钢材在滚丝过程中“空腔式”开裂。

由表2 及图3a～e 可以看出，连铸方坯缺陷主要为中心裂纹、中间裂纹、角部裂纹、非金属夹杂物、夹渣等缺陷，而且其缺陷级别均在3.5 级以上，甚至＞4.0级。

图2 热轧带肋钢筋金相组织

图3 钢坯缺陷照片

表2 连铸坯低倍检测结果

2.3 化学成分分析

以上试样及方坯随机抽取几支做化学成分检验，检验结果见表3。检验结果表明，化学成分符合标准要求。

表3 化学成分检验结果%

2.4 扫描电镜检测结果

为了验证失效试样的金相试验结果，即导致试样失效的原因是否由钢坯的某种缺陷而引起，故对部分金相试样进行了扫描电镜试验，检测结果见图4a～d及表4。

图4 钢筋缺陷非金属夹杂物金相组织

由电镜检测结果可以看出，劈裂、结疤试样夹杂物主要是Fe 元素、O 元素和C 元素，其最高含量分别达到68.05%、31.76%和13.42%，而且在裂纹的缝隙及两侧未见冶炼夹杂，仅有氧化产物。夹渣、表面裂纹试样夹杂物成分中均含有Na、Mg、Al、Si、Ca等元素，充分说明这种颗粒状的高温氧化物来自于连铸结晶保护渣。

表4 夹杂物电镜检测结果%

3 缺陷分析总结

由于连铸方坯本身缺陷如中间、中心或角部裂纹等，故钢坯在高温轧制过程中，钢材与空气接触的表面会先产生一层氧化膜，而这层氧化膜分布从内到外依次为FeO、Fe3O4、Fe2O3。在570 ℃以上，Fe2O3将发生逐级分解，即Fe2O3→Fe3O4→FeO。在一定的温度范围内，将会发生内氧化。氧吸附于试样表面并溶入钢中，当氧的活度达到某一合金（或杂质）元素被内氧化所需要的临界活度时即可使其内氧化，形成内氧化物。在此钢材表面裂纹的位置不仅存有氧化铁，还存有内氧化的氧化产物，说明钢材在成材之前经过了高温加热，经腐蚀后裂纹附近的脱碳明显。由此可推断，钢材表面裂纹为连铸坯上已产生的裂纹经高温加热轧制所形成的。

钢坯表面夹渣主要包括脱氧产物、出钢及浇注中二次氧化产物、冶炼及浇注系统因耐材质量差而造成的侵蚀物、钢包及中间罐不干净带入的污染物等。因为在保护渣中含有大量的CaO、SiO2和Al2O3等物质，在连铸过程中，结晶器内的钢水与保护渣接触后，钢水以保护渣中的高熔点物质CaO、SiO2和Al2O3等为形核点进行结晶，在钢水凝固过程中，这些高熔点物质向四周扩散。这种弥散分布的氧化物由于分布相对集中，严重破坏了钢的连续性，连铸坯在高温轧制过程中由于该种夹杂均为脆性夹杂，故在轧制过程中容易导致钢材劈裂、脆断，导致堆钢。因此，连铸方坯质量的好坏直接影响到钢材质量的好坏，为了避免不必要的质量异议，防止不合格产品出厂，必须加强钢坯质量控制，更好地为生产服务。