HRB400E热轧带肋钢筋直螺弯曲脆断原因分析

2021-05-26李亚彦牛志涛贾元海

山西冶金 2021年2期

关键词：魏氏珠光体铁素体

李亚彦,牛志涛,贾元海,闫欣

（河钢集团有限公司承德分公司棒材事业部，河北承德067001）

HRB400E热轧带肋钢筋是建筑行业常用的钢材之一，具备良好的韧性、塑性、较高的抗拉强度和屈服强度，具有一定的可焊接性，被广泛用于建筑、桥梁、地铁等重点工程。

某钢厂生产的HRB400EΦ22 mm直螺在反弯试验时发生脆断现象。针对这一问题，对脆断的原因进行分析。

1 理化检验

1.1 力学性能

试验检验力学性能全部合格，具体数据见表1。

表1 力学性能检验

1.2 弯曲性能

4支试样在进行反向弯曲过程中均发生断裂，反向弯曲结果及断裂样品见表2和图1。

表2 反向弯曲断裂试验结果

2 反弯脆断分析

针对反弯断裂的样品进行成品成分、气体、断口扫描、组织、晶粒度、冲击等项目检验，具体情况如下。

图1 反向弯曲断裂样品

2.1 断口扫描

2.1.1 样品断口宏观形貌（见图2）

图2 样品断口宏观形貌图

2.2 断口电镜扫描

对反弯脆断的钢筋1号、2号、3号、4号（见下页图3）进行断口扫描分析：所有试样的断口均为脆性断裂，裂纹源均位于试样边部，裂纹源和扩展区形貌为扇形花样，并存在微裂纹，剪切唇部分很少，为撕裂韧窝；断口无大型夹杂物。

2.3 缺陷样品成品成分检验结果（见表3）。

图3 断口扫描分析图

表3 反弯断裂样品组织分析

从成品成分分析结果可以看出：断裂钢筋成分无异常。

2.4 金相检验

对4个批次反弯断裂的样品进行组织、晶粒度检验，均存在异常组织，见表4和图4。

根据组织检验结果，产品存在以下问题：存在粗大的珠光体团，且珠光体含量偏高，均在50%~55%，较正常组织高5%~10%（HRB400E珠光体含量正常45%）；存在网状铁素体组织；魏氏组织级别较高，达到1.5级[1]。

3 异常组织危害

1）珠光体含量多，钢材的塑韧性降低，脆性增加；

2）存在魏氏组织。在亚共析钢中，从奥氏体中直接析出片状（截面呈针状）分布的F称一次魏氏组织F；从原奥氏体晶界上首先析出网状F，再从网状F上长出的片状F称二次魏氏组织F。当钢中得到魏氏体组织时，之所以性能严重恶化是因为在产生魏氏体的同时，在晶界上伴随着网状铁素体的出现，严重割裂了珠光体之间的联系，也会严重降低钢材的机械性能，极易导致脆性断裂[2]。

表4 反弯断裂样品组织分析

图4 断裂样品组织分析

4 形成原因

1）珠光体粗大、含量高：断裂试样珠光体粗大，与原始奥氏体晶粒粗大和冷速过快有关，加热温度越高，微合金碳氮化物质点体积分数减少，奥氏体晶粒将因解除钉扎而发生晶粒长大，HRB400E级钢筋是亚共析钢，根据相变规律，首先在奥氏体晶界析出铁素体，然后再形成珠光体。若冷速较快，相当于当C曲线右移，导致铁素体量减少，珠光体量增多。由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，珠光体量增多，钢材的塑韧性降低，脆性增加。

2）钢中魏氏组织的形成是由于钢坯温度过高，且以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或渗碳体从奥氏体晶界上沿着奥氏体的一定晶面向晶内生长，呈针状析出。魏氏组织常伴随着奥氏体晶粒粗大而出现。