螺紋鋼HRB400E屈服強度不合格的原因分析

韓北方，王 開，常 瑜

（首鋼長治鋼鐵有限公司質量監督站， 山西 長治 046031）

螺紋鋼是表面帶肋的鋼筋，亦稱帶肋鋼筋。帶肋鋼筋在混凝土中主要承受拉應力。帶肋鋼筋由于肋的作用，和混凝土有較大的黏結能力，因而能更好地承受外力的作用。帶肋鋼筋廣泛應用于各種建筑結構中，特別是大型、重型、輕型薄壁和高層建筑結構。

根據螺紋鋼國家標準GB1499[1].2—2007規定的力學性能，鋼筋的屈服強度Rel、抗拉強度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率Agt等力學性能特征應符合表1[1]。而近期長鋼生產的螺紋鋼HRB400E屈服強度不合格，低于400 MPa。為此，本文以生產過程中螺紋鋼HRB400E屈服強度不合格的樣品為實例，分析了屈服強度不合格的原因。

表1 國家標準GB1499[1].2—2007規定的螺紋鋼力學性能

1 試驗材料

1.1 所取樣品

以首鋼長治鋼鐵有限公司生產過程中屈服強度不合格和屈服強度合格的的螺紋鋼HRB400E為樣品。試驗材料包括：1號試樣是屈服強度不合格的螺紋鋼HRB400E，2號試樣是屈服強度合格的螺紋鋼HRB400E。

1.2 試驗設備

金相顯微鏡為萊卡DMI3000，金相鑲嵌機型號為XQ-1，金相拋光機型號為PG-2D，金屬帶鋸床型號為GW4028B，金相試樣磨平機型號為MPJ-25，萬能升降臺銑床型號為X6132C，光譜儀型號為M9。

1.3 研究方法

通過對1號試樣和2號試樣的金相顯微組織和非金屬夾雜進行檢測以及對化學成分進行分析，來研究屈服強度不合格的原因。

2 試驗結果

2.1 顯微組織分析

經分析，1號試樣的顯微組織中存在網狀鐵素體組織（見圖1），而2號試樣的顯微組織中組織均勻，無異常組織（見圖2）。而網狀鐵素體通常是在亞共析鋼中緩慢冷卻形成的。網狀鐵素體嚴重割裂了珠光體之間的聯系，使鋼的強度（特別是屈服強度）大大低于正常值，塑性也降低，極易變形斷裂。

圖1 1號試樣的顯微組織

圖2 2號試樣的顯微組織

2.2 非金屬夾雜分析

經分析，1號試樣的非金屬夾雜有C類1.0級，D類1.0級（見下頁圖3、圖4），而2號試樣的非金屬夾雜有C類1.0級別，D類0.5級（見下頁圖5），其內生夾雜物的差別不是很大，非金屬夾雜物不是導致屈服強度不合格的主要原因。

圖3 1號試樣的非金屬夾雜（視場1）

圖4 1號試樣的非金屬夾雜（視場2）

圖5 2號試樣的非金屬夾雜

2.3 化學成分分析（見表2、表3）

表2 直讀光譜儀檢測1號試樣的化學成分及碳當量%

表3 直讀光譜儀檢測的2號試樣化學成分 %

經分析，1號試樣和2試樣的化學成分和內控要求值相差不大（見表1、表2），1號試樣的碳含量比內控要求值稍高，但是1號試樣的P和S都不超內控要求值。化學成分的偏差不是影響屈服強度不合格的重要原因。但是在化學成分檢測中存在成分不太均勻的情況，即樣品的上下兩面的C含量有些相差，于是再進行金相檢測，得到1號試樣的金相圖片見圖6。

經分析，1號試樣有顯微偏析存在。成分不均勻造成了組織的差異，顯微偏析的存在在晶界處弱化了晶界的結合強度，嚴重影響了材料的強度和塑性。

3 實驗分析

圖6 1號試樣的顯微組織

1）經金相顯微組織分析，1號試樣中大量存在網狀鐵素體。原因是先共析鐵素體優先在晶界析出，長大并形成網狀，這樣的組織在外界力量的作用下首先在晶界形成微裂紋，隨著外力的增強，裂紋迅速擴展斷裂，反應到宏觀上就是屈服強度低[2]。網狀鐵素體存在的原因是鋼材在終軋時溫度高、冷速過慢。從亞共析鋼的連續轉變C曲線上就可明顯看出先共析鐵素體的形成區間，基本上根據C曲線的數據可以計算快速冷卻的溫度范圍及平均冷速，再結合自己控冷線的設備進行調整。

2）1號試樣和2號試樣的內生非金屬夾雜的級別差別不大，非金屬夾雜不是影響屈服強度不合格的原因。

3）經金相顯微組織和化學成分綜合分析，1號試樣存在顯微偏析現象，即晶粒尺寸范圍（包括晶界）里的化學成分不均勻。合金在冷卻結晶過程中由于結晶間隔較寬，屬粥狀凝固，凝固過程中先形成枝晶網絡骨架，其中網絡骨架的孔隙部位被后期剩余低熔點的共晶液填充，分布不均，冷卻后的共晶組織屬共晶偏析[3]。顯微偏析使晶粒范圍內的物理和化學性能產生差異，由于偏析使得低熔點共晶容易集中在晶粒邊界，降低材料的強度和塑性。

4 結論

1）1號試樣的金相顯微組織存在網狀鐵素體，導致了試樣的屈服強度不合格。

2）1號試樣的非金屬夾雜含量正常，對屈服強度基本無影響。

3）1號試樣存在顯微偏析，導致了試樣的屈服強度不合格。

[1]中國國家標準委員會.鋼筋混凝土用鋼：GB1499[1].2—2007[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]李曉鵬，黨孟軍，張艷芳.網狀鐵素體對盤條性能的影響[J].金屬制品，1999（2）：27-29.

[3]賈泮江，陳邦峰.顯微共晶偏析對ZL205A合金力學性能的影響[J].材料工程，2008（2）:1-4.