螺纹钢HRB400E屈服强度不合格的原因分析

韩北方，王 开，常 瑜

（首钢长治钢铁有限公司质量监督站， 山西 长治 046031）

螺纹钢是表面带肋的钢筋，亦称带肋钢筋。带肋钢筋在混凝土中主要承受拉应力。带肋钢筋由于肋的作用，和混凝土有较大的黏结能力，因而能更好地承受外力的作用。带肋钢筋广泛应用于各种建筑结构中，特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。

根据螺纹钢国家标准GB1499[1].2—2007规定的力学性能，钢筋的屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt等力学性能特征应符合表1[1]。而近期长钢生产的螺纹钢HRB400E屈服强度不合格，低于400 MPa。为此，本文以生产过程中螺纹钢HRB400E屈服强度不合格的样品为实例，分析了屈服强度不合格的原因。

表1 国家标准GB1499[1].2—2007规定的螺纹钢力学性能

1 试验材料

1.1 所取样品

以首钢长治钢铁有限公司生产过程中屈服强度不合格和屈服强度合格的的螺纹钢HRB400E为样品。试验材料包括：1号试样是屈服强度不合格的螺纹钢HRB400E，2号试样是屈服强度合格的螺纹钢HRB400E。

1.2 试验设备

金相显微镜为莱卡DMI3000，金相镶嵌机型号为XQ-1，金相抛光机型号为PG-2D，金属带锯床型号为GW4028B，金相试样磨平机型号为MPJ-25，万能升降台铣床型号为X6132C，光谱仪型号为M9。

1.3 研究方法

通过对1号试样和2号试样的金相显微组织和非金属夹杂进行检测以及对化学成分进行分析，来研究屈服强度不合格的原因。

2 试验结果

2.1 显微组织分析

经分析，1号试样的显微组织中存在网状铁素体组织（见图1），而2号试样的显微组织中组织均匀，无异常组织（见图2）。而网状铁素体通常是在亚共析钢中缓慢冷却形成的。网状铁素体严重割裂了珠光体之间的联系，使钢的强度（特别是屈服强度）大大低于正常值，塑性也降低，极易变形断裂。

图1 1号试样的显微组织

图2 2号试样的显微组织

2.2 非金属夹杂分析

经分析，1号试样的非金属夹杂有C类1.0级，D类1.0级（见下页图3、图4），而2号试样的非金属夹杂有C类1.0级别，D类0.5级（见下页图5），其内生夹杂物的差别不是很大，非金属夹杂物不是导致屈服强度不合格的主要原因。

图3 1号试样的非金属夹杂（视场1）

图4 1号试样的非金属夹杂（视场2）

图5 2号试样的非金属夹杂

2.3 化学成分分析（见表2、表3）

表2 直读光谱仪检测1号试样的化学成分及碳当量%

表3 直读光谱仪检测的2号试样化学成分 %

经分析，1号试样和2试样的化学成分和内控要求值相差不大（见表1、表2），1号试样的碳含量比内控要求值稍高，但是1号试样的P和S都不超内控要求值。化学成分的偏差不是影响屈服强度不合格的重要原因。但是在化学成分检测中存在成分不太均匀的情况，即样品的上下两面的C含量有些相差，于是再进行金相检测，得到1号试样的金相图片见图6。

经分析，1号试样有显微偏析存在。成分不均匀造成了组织的差异，显微偏析的存在在晶界处弱化了晶界的结合强度，严重影响了材料的强度和塑性。

3 实验分析

图6 1号试样的显微组织

1）经金相显微组织分析，1号试样中大量存在网状铁素体。原因是先共析铁素体优先在晶界析出，长大并形成网状，这样的组织在外界力量的作用下首先在晶界形成微裂纹，随着外力的增强，裂纹迅速扩展断裂，反应到宏观上就是屈服强度低[2]。网状铁素体存在的原因是钢材在终轧时温度高、冷速过慢。从亚共析钢的连续转变C曲线上就可明显看出先共析铁素体的形成区间，基本上根据C曲线的数据可以计算快速冷却的温度范围及平均冷速，再结合自己控冷线的设备进行调整。

2）1号试样和2号试样的内生非金属夹杂的级别差别不大，非金属夹杂不是影响屈服强度不合格的原因。

3）经金相显微组织和化学成分综合分析，1号试样存在显微偏析现象，即晶粒尺寸范围（包括晶界）里的化学成分不均匀。合金在冷却结晶过程中由于结晶间隔较宽，属粥状凝固，凝固过程中先形成枝晶网络骨架，其中网络骨架的孔隙部位被后期剩余低熔点的共晶液填充，分布不均，冷却后的共晶组织属共晶偏析[3]。显微偏析使晶粒范围内的物理和化学性能产生差异，由于偏析使得低熔点共晶容易集中在晶粒边界，降低材料的强度和塑性。

4 结论

1）1号试样的金相显微组织存在网状铁素体，导致了试样的屈服强度不合格。

2）1号试样的非金属夹杂含量正常，对屈服强度基本无影响。

3）1号试样存在显微偏析，导致了试样的屈服强度不合格。

[1]中国国家标准委员会.钢筋混凝土用钢：GB1499[1].2—2007[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]李晓鹏，党孟军，张艳芳.网状铁素体对盘条性能的影响[J].金属制品，1999（2）：27-29.

[3]贾泮江，陈邦峰.显微共晶偏析对ZL205A合金力学性能的影响[J].材料工程，2008（2）:1-4.