HRB500热轧带肋钢筋延伸率偏低原因分析

习晓峰，韩若洲，辛向明，张　轲，刘　恒，赵福才（.陕西龙门钢铁有限责任公司炼钢厂，陕西韩城75405；.西安建筑科技大学冶金工程学院，西安70055）

HRB500热轧带肋钢筋延伸率偏低原因分析

习晓峰1，韩若洲2，辛向明2，张轲2，刘恒2，赵福才2
（1.陕西龙门钢铁有限责任公司炼钢厂，陕西韩城715405；
2.西安建筑科技大学冶金工程学院，西安710055）

[摘要]针对HRB500热轧带肋钢筋出现的延伸率偏低的问题，采用金相、扫描电镜能谱分析等方法，对不合格试样的宏观成分、拉伸断口形貌、夹杂物形貌、成分和金相组织进行研究。分析结果表明，夹杂物含量高、金相组织异常是引起HRB500热轧带肋钢筋延伸率偏低主要原因，可通过吹氩促进夹杂物上浮来均匀钢水成分，加强生产过程控制等措施解决该问题。

[关键词]钢筋；延伸率；夹杂物；组织；分析

1　引言

随着国内高层和超高层建筑的不断出现，对建筑钢材的强度、塑韧性和抗震强度的要求不断提高。钢筋只有具有较好的塑性和较高的强度及最大力下的总延伸率好，才能在地主载荷下起到良好的抗震作用。HRB500热轧带肋钢筋能够满足建筑对变形能力及位移延性的抗震要求。在合理配置箍筋的情况下，可以在抗震结构中使用，起到节约资源，提高效率的作用。HRB500韧性好、强度高、抗震性能良好，在强度相同时用量要比300 MPa和400 MPa钢筋分别节省28%、14%，具有节省自然资源和环境污染小等特点。

目前陕西龙门钢钢铁公司在试轧HRB500热轧带肋钢筋时出现延伸率偏低的问题。本实验通过现场取样，对其进行断口形貌、显微组织及成分的分析，探究HRB500带肋钢筋延伸率偏低的原因，并提出理论解决方法。

2　试验方法

试样中所取的试样是在拉伸实验中延伸率不合格的产品中选取的，试样的宏观成分是由直读光谱仪分析得到的，断口微观形貌和夹杂物形貌是由扫描电镜观察得到，微区夹杂物成分的分析是由能谱仪分析得到的，金相组织和夹杂物数量的统计是由金相显微镜分析得到的。

3　实验结果分析及讨论

3.1成分分析

试样成分分析结果如表1所示。

表1　 HRB500试样成分与标准成分对比分析

利用标准成分和所取的4个试样分进行对比分析，发现所有元素成分均在标准成分范围内，因此宏观成分不是导致延伸率不合的原因。

3.2断口形貌分析

利用扫面电镜进行断口分析如图1所示，图1 （a）、（b）对该点夹杂物能谱分析以及能谱分析图；图1（c）中圆球状夹杂物较多，粒度较大；图1（d）对断口夹杂物的微观扫描形貌。夹杂物数量及成分影响钢筋的延伸率。

图1　断口及夹杂物形貌

3.3夹杂物分析

在观察试样的微观形貌和夹杂物时，首先对试样进行切割，随后进行磨制和抛光，图2为由金相显微镜得到的试样局部放大图片，观察此图可以发现：夹杂物数量较多，形状多为球状或条带状。图3为夹杂物的能谱图，观察该图可以发现夹杂物成分中Si、Mn含量较高，此类夹杂物是有SiO2含量较低的低熔点硅酸盐和Mn、Si等的氧化物构成的复合夹杂物。其产生的主要原因有：（1）冶炼过程中耐火材料的脱落，由于没有排出而最终残留在钢水中；（2）冶炼工艺的原因：吹氩参数不合适（流量过大引起钢-渣界面剧烈搅动，引起卷渣；流量小钢中的夹杂物没有得到有效排出；吹氩时间短，总流量小）。在钢中夹杂物数量较多、尺寸较大的情况下，当试样收到拉伸力时，夹杂物周围的基体在外力的作用下会出现应力集中现象，从而降低延伸率[1-3]。

图2　金相观察夹杂物形貌

图3　夹杂物能谱图

3.4金相显微分析

将延伸率不合格试样上截取金相试样，金相试样的取样方向为垂直于拉伸方向，然后对试样进行磨制抛光，抛光后用4%硝酸乙醇溶液浸蚀，利用金相显微镜分析其金相组织，如图4和图5所示。

图4　正常试样的金相组织

从图4中可以看出，金相组织为铁素体+珠光体观察；图5可以发现，金相组织内存在魏氏组织，其形状呈羽毛状，是从晶界向晶内生长形成的一系列具有一定取向的片（或针）状铁素体，是先共析相的一种特殊形态[3-7]。由于魏氏组织与其伴生的粗晶的存在，钢的力学性能下降，尤其是使塑性、冲击性下降，使延伸率下降。

图5　异常组织-魏氏组织

综合以上观察分析可得：试样的化学成分都在标准成分的范围内；试样中夹杂物的数量较多、尺寸大，大尺寸夹杂物的存在会破坏基体的连续性；钢中存在魏氏组织，魏氏组织的存在会导致钢的力学性能的下降。这两点是引起钢筋延伸率偏低的主要原因。

4　改进分析

造成HRB500热轧带肋钢筋延伸率偏低的原因：一是钢基体中的夹杂物较多,较多的夹杂物存在使钢的基体组织遭到破坏,钢材的塑性变形能力差；二是出现异常魏氏组织引起钢的力学性能下降。在浇注过程中，保持钢水尽量稳定，减少波动，液面高度要在要求范围内，合理的调整吹氩参数，减少钢内夹杂物的残留，保证钢水的纯净度和成分的均匀[8]。轧制条件的改善。金相组织显示出现异常魏氏组织，需要通过控制冷却条件，减少异常组织和提高钢筋性能。

参考文献

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Analysison Reasonsfor Low Elongation ofHRB500 HotRolling Ribbed Rebar

XIXiao-feng1，HAN Ruo-zhou2,XIN Xiang-ming2,ZHANG Ke2,LIU Heng2and ZHAO Fu-cai2(1.Steel-making Plant,ShanxiHancheng Iron and SteelGROUP Co.,LTD,Hancheng,ShanxiProvince
715405,China；2.SchoolofMetallurgicalEngineering,Xi'an UniversityofArchitectureand Technology,Xi'an,ShanxiProvince710055,China)

AbstractIn orderto tackle with the problem oflow elongation ofHRB500 hotrolling ribbed rebar,study wascarried outon the macro composition,tensile fracture morphology and inclusion morphology,composition and metallographic structure ofunqualified sample by means ofmetallographic and SEM energy spectrum analysismethods.Analysisresultsshowed high inclusion contentand abnormalmetallographic structure were main reasons forthe low elongation ofHRB500 hotrolling ribbed rebar.The problem could be solved by measures ofbringing homogenization to liquid steelby argon stirring to facilitate the inclusion to floatand enhancingproduction processcontrol.

Key wordsrebar;elongation;inclusion;structure;analysis

基金项目：2012年国家级大学生创新创业训练计划项目（201210703059）；校青年科技基金（QN1317）：陕西省教育厅产业化项目（2013JC11）；西安市工业应用技术研究项目CXY1349（6）

作者简介：习晓峰（1982—），男，本科，工程师，主要从事炼钢工艺质量管理方面的研究工作。

收稿日期：2014-09-02修回日期：2014-09-22