張吉軍，趙衍芳

（石橫特鋼集團有限公司，山東 肥城271600）

1 前 言

熱軋帶肋鋼筋是國民經(jīng)濟各個行業(yè)所需的最重要的原材料之一。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋼材的產(chǎn)量和質(zhì)量有了大幅度的提高，用戶對材料外觀質(zhì)量要求不斷提高。鋼材在生產(chǎn)過程中，除了必要的化學(xué)成分和力學(xué)性能外，對表面質(zhì)量也有嚴(yán)格要求，表面不得有裂紋、結(jié)疤等缺陷。但這些缺陷往往是由于鋼坯本身存在缺陷，軋制過程中發(fā)生堆鋼、劈裂、結(jié)疤等問題，產(chǎn)生內(nèi)外部質(zhì)量異議。經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)，鋼坯一般存在角部裂紋、皮下裂紋、夾渣等，而出現(xiàn)問題的軋材往往與鋼坯的某種缺陷是一一對應(yīng)的。比如方坯的中心裂紋、中間裂紋、角部裂紋等缺陷主要是澆注溫度高、鋼液過熱度大造成的，這樣鋼坯在加熱時，裂紋會被氧化，軋制不能焊合，容易造成鋼材劈裂、堆鋼等，影響鋼材質(zhì)量，造成經(jīng)濟損失。因此，必須加強鋼材表面質(zhì)量控制和檢驗，對鋼材表面缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確界定和判定，對缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行科學(xué)分析，減少和防止熱軋帶肋鋼筋外觀缺陷的產(chǎn)生，從而提高鋼材質(zhì)量。

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 失效試樣宏觀分析

取有代表性的失效試樣進(jìn)行分析，熱軋帶肋鋼筋軋制過程中劈裂、碎斷，以及熱軋帶肋鋼筋表面結(jié)疤、裂紋及滾絲過程中空腔開裂等，實物形貌見圖1a～e。

圖1 熱軋帶肋鋼筋典型缺陷

2.2 金相檢驗

失效試樣制取成金相試樣后，微觀缺陷情況見表1，微觀照片見圖2a～g；連鑄方坯酸洗后情況見表2，宏觀照片及制取成金相試樣后的微觀照片見圖3a～e。

表1 失效試樣高倍檢測結(jié)果

由表1 及圖2a～g 可以看出，失效試樣經(jīng)高倍檢驗分析發(fā)現(xiàn)，缺陷附近均有大量高溫氧化物和非金屬夾雜物聚集，錨桿“空腔式”開裂是由于方坯中心或中間裂紋嚴(yán)重，在軋制過程由于溫度較高，裂紋會被氧化，軋制不能焊合，造成鋼材在滾絲過程中“空腔式”開裂。

由表2 及圖3a～e 可以看出，連鑄方坯缺陷主要為中心裂紋、中間裂紋、角部裂紋、非金屬夾雜物、夾渣等缺陷，而且其缺陷級別均在3.5 級以上，甚至＞4.0級。

圖2 熱軋帶肋鋼筋金相組織

圖3 鋼坯缺陷照片

表2 連鑄坯低倍檢測結(jié)果

2.3 化學(xué)成分分析

以上試樣及方坯隨機抽取幾支做化學(xué)成分檢驗，檢驗結(jié)果見表3。檢驗結(jié)果表明，化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 化學(xué)成分檢驗結(jié)果%

2.4 掃描電鏡檢測結(jié)果

為了驗證失效試樣的金相試驗結(jié)果，即導(dǎo)致試樣失效的原因是否由鋼坯的某種缺陷而引起，故對部分金相試樣進(jìn)行了掃描電鏡試驗，檢測結(jié)果見圖4a～d及表4。

圖4 鋼筋缺陷非金屬夾雜物金相組織

由電鏡檢測結(jié)果可以看出，劈裂、結(jié)疤試樣夾雜物主要是Fe 元素、O 元素和C 元素，其最高含量分別達(dá)到68.05%、31.76%和13.42%，而且在裂紋的縫隙及兩側(cè)未見冶煉夾雜，僅有氧化產(chǎn)物。夾渣、表面裂紋試樣夾雜物成分中均含有Na、Mg、Al、Si、Ca等元素，充分說明這種顆粒狀的高溫氧化物來自于連鑄結(jié)晶保護渣。

表4 夾雜物電鏡檢測結(jié)果%

3 缺陷分析總結(jié)

由于連鑄方坯本身缺陷如中間、中心或角部裂紋等，故鋼坯在高溫軋制過程中，鋼材與空氣接觸的表面會先產(chǎn)生一層氧化膜，而這層氧化膜分布從內(nèi)到外依次為FeO、Fe3O4、Fe2O3。在570 ℃以上，F(xiàn)e2O3將發(fā)生逐級分解，即Fe2O3→Fe3O4→FeO。在一定的溫度范圍內(nèi)，將會發(fā)生內(nèi)氧化。氧吸附于試樣表面并溶入鋼中，當(dāng)氧的活度達(dá)到某一合金（或雜質(zhì)）元素被內(nèi)氧化所需要的臨界活度時即可使其內(nèi)氧化，形成內(nèi)氧化物。在此鋼材表面裂紋的位置不僅存有氧化鐵，還存有內(nèi)氧化的氧化產(chǎn)物，說明鋼材在成材之前經(jīng)過了高溫加熱，經(jīng)腐蝕后裂紋附近的脫碳明顯。由此可推斷，鋼材表面裂紋為連鑄坯上已產(chǎn)生的裂紋經(jīng)高溫加熱軋制所形成的。

鋼坯表面夾渣主要包括脫氧產(chǎn)物、出鋼及澆注中二次氧化產(chǎn)物、冶煉及澆注系統(tǒng)因耐材質(zhì)量差而造成的侵蝕物、鋼包及中間罐不干凈帶入的污染物等。因為在保護渣中含有大量的CaO、SiO2和Al2O3等物質(zhì)，在連鑄過程中，結(jié)晶器內(nèi)的鋼水與保護渣接觸后，鋼水以保護渣中的高熔點物質(zhì)CaO、SiO2和Al2O3等為形核點進(jìn)行結(jié)晶，在鋼水凝固過程中，這些高熔點物質(zhì)向四周擴散。這種彌散分布的氧化物由于分布相對集中，嚴(yán)重破壞了鋼的連續(xù)性，連鑄坯在高溫軋制過程中由于該種夾雜均為脆性夾雜，故在軋制過程中容易導(dǎo)致鋼材劈裂、脆斷，導(dǎo)致堆鋼。因此，連鑄方坯質(zhì)量的好壞直接影響到鋼材質(zhì)量的好壞，為了避免不必要的質(zhì)量異議，防止不合格產(chǎn)品出廠，必須加強鋼坯質(zhì)量控制，更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

4 結(jié) 論

4.1 連鑄坯的裂紋缺陷容易導(dǎo)致軋制過程中堆鋼及軋材表面裂紋、耳子、結(jié)疤等問題，致使鋼材失效。

4.2 在高溫軋制過程中，由于鑄坯中非金屬夾雜物或夾渣均為脆性夾雜，此種夾雜由于分布相對集中，嚴(yán)重破壞了鋼的連續(xù)性，在軋制過程中容易導(dǎo)致鋼材劈裂、脆斷導(dǎo)致堆鋼，引起質(zhì)量事故。

4.3 連鑄方坯質(zhì)量的好壞直接影響到鋼材質(zhì)量的好壞，為了避免不必要的質(zhì)量異議，防止不合格產(chǎn)品出廠，必須加強鋼坯質(zhì)量控制。