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 mm HPB３００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].

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文章来源——材料与测试网