Table 1. 3種軋制工藝參數(shù)
| 工藝編號 | 開軋溫度 | 精軋溫度 | 上冷床溫度 |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 070~1 100 | 950~970 | 840~870 |
| 2 | 1 050~1 080 | 900~940 | 800~840 |
| 3 | 1 050~1 080 | 910~940 | 830~840 |
分享：HRB500aE鋼筋邊部封閉圈處組織的分析與判定
隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高,高抗震等級要求的工業(yè)與民用建筑、重大市政建設工程和重點基礎設施工程等都對高強度建筑用鋼(包括盤條和螺紋鋼)的性能提出了更高的要求。筆者單位生產(chǎn)的產(chǎn)品為熱軋帶肋鋼筋,經(jīng)硝酸乙醇溶液腐蝕后,有的鋼筋邊部顏色明顯與心部不同,帶有封閉圈的宏觀組織影響了鋼筋的質量。GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》中規(guī)定,鋼筋產(chǎn)品橫截面的宏觀組織外圍不應有明顯不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的封閉圈。若該鋼筋產(chǎn)品出現(xiàn)未封閉的圈,應對產(chǎn)品進行維氏硬度測試和金相檢驗,產(chǎn)品的正常組織應該是鐵素體和珠光體,不可出現(xiàn)回火組織,產(chǎn)品的中心與邊部的維氏硬度差應不大于40 HV,否則判定該批次產(chǎn)品不合格。
1. 試驗方法
為了保證鋼筋產(chǎn)品的質量,避免不合格產(chǎn)品流入市場,結合3個不同生產(chǎn)工藝下的鋼筋產(chǎn)品,按GB/T 1499.2—2018標準對試樣進行力學性能、組織、硬度、化學成分的綜合分析,找出不合格鋼筋的邊部異常組織類型,并對異常組織的產(chǎn)生原因進行了分析,以期為軋鋼工藝的調整提供支持。
1.1 力學性能測試
采用3種不同的工藝對試制產(chǎn)品進行軋制,3種軋制工藝參數(shù)如表1所示。各取每種工藝產(chǎn)品的4支試樣進行拉伸試驗,分別將試樣編號為1-1,1-2,1-3,1-4,2-1,2-2,2-3,2-4,3-1,3-2,3-3,3-4,對這些試樣進行力學性能測試,結果如表2所示,其中Rm為抗拉強度,ReL為屈服強度。由表2可知：3種工藝產(chǎn)品的試驗結果均滿足GB/T 1499.2—2018的要求和內(nèi)控要求。
Table 2. 3種工藝生產(chǎn)試樣的力學性能測試結果
| 項目 | 直徑/mm | 力學性能 | Rm/ReL | Re/ReL | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 抗拉強度/MPa | 屈服強度/MPa | 斷后伸長率/% | 最大力總延伸率/% | ||||
| 1-1實測值 | 40 | 730 | 574 | 18.5 | 14.5 | 1.27 | 1.15 |
| 1-2實測值 | 40 | 720 | 572 | 20.0 | 12.0 | 1.26 | 1.14 |
| 1-3實測值 | 40 | 727 | 580 | 18.5 | 14.5 | 1.25 | 1.16 |
| 1-4實測值 | 40 | 721 | 572 | 21.0 | 14.5 | 1.26 | 1.14 |
| 2-1實測值 | 40 | 721 | 556 | 19.5 | 13.0 | 1.30 | 1.11 |
| 2-2實測值 | 40 | 712 | 562 | 18.0 | 13.0 | 1.27 | 1.12 |
| 2-3實測值 | 40 | 713 | 561 | 20.5 | 14.5 | 1.27 | 1.12 |
| 2-4實測值 | 40 | 715 | 564 | 18.0 | 12.5 | 1.27 | 1.13 |
| 3-1實測值 | 40 | 703 | 552 | 19.0 | 13.0 | 1.27 | 1.10 |
| 3-2實測值 | 40 | 709 | 554 | 20.0 | 14.0 | 1.28 | 1.11 |
| 3-3實測值 | 40 | 704 | 547 | 20.0 | 15.0 | 1.29 | 1.09 |
| 3-4實測值 | 40 | 703 | 544 | 20.0 | 14.5 | 1.29 | 1.09 |
| 標準值 | — | ≥630 | ≥500 | — | ≥9.0 | ≥1.25 | ≤1.30 |
| 內(nèi)控要求 | — | ≥660 | 530~600 | — | ≥11.0 | ≥1.25 | ≤1.30 |
1.2 金相檢驗
1.2.1 試樣制備
使用帶鋸床對牌號為HRB500aE,直徑為40 mm的試樣進行鋸切,再分別使用粒度為240,320,800,1 200目（1目=25.4 mm）的砂紙對試樣進行粗磨、細磨,接著對試樣進行拋光,最后使用體積分數(shù)為4%的硝酸乙醇溶液對試樣進行腐蝕,將制備好的金相試樣置于光學顯微鏡下觀察。
1.2.2 試樣宏觀形貌
3種工藝生產(chǎn)試樣的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：第1種工藝下試樣1-1和1-3形成了明顯的不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的封閉圈,1-2和1-4試樣的圈未封閉；第2種工藝下的4個試樣均出現(xiàn)未封閉的圈,較第1種工藝出現(xiàn)未封閉圈的情況,第2種工藝下的試樣僅在橫肋和縱肋部位出現(xiàn)不同于內(nèi)部區(qū)域襯度的情況；第3種工藝下的4個試樣襯度均勻一致,未出現(xiàn)封閉圈。
圖 1 3種工藝生產(chǎn)試樣的宏觀形貌
1.2.3 試樣心部顯微組織
3種工藝生產(chǎn)試樣心部顯微組織形貌如圖2所示。由圖2可知：心部組織為鐵素體+珠光體。進一步采用比較法檢測晶粒度,得到第1種和第2種工藝生產(chǎn)試樣的晶粒度為9.5級,第3種工藝試樣的晶粒度為9.0級。
圖 2 3種工藝生產(chǎn)試樣心部顯微組織形貌
1.2.4 試樣邊部顯微組織
3種工藝生產(chǎn)試樣邊部顯微組織形貌如圖3所示。由圖3可知：第1種工藝生產(chǎn)試樣邊部為回火組織,試樣1-1、1-3、1-4中回火馬氏體較多,試樣1-2中有回火索氏體[1],還有一些珠光體,總體可判斷該試樣邊部為回火組織；第2種工藝生產(chǎn)試樣2-1、2-3邊部組織為鐵素體+珠光體+貝氏體+少量魏氏組織,試樣2-2、2-4邊部組織為回火馬氏體；第3種工藝生產(chǎn)試樣邊部組織為鐵素體+珠光體。
圖 3 3種工藝生產(chǎn)試樣邊部顯微組織形貌
1.3 維氏硬度測試
按標準GB/T 1499.2—2018規(guī)定,當試樣出現(xiàn)未封閉圈時,應對試樣進行橫截面維氏硬度測試。對所有試樣的橫截面中心與邊部進行維氏硬度測試,維氏硬度計的載荷設置為49 N,保荷時間為10 s,對每個部位各進行3個點的測試,最終取3點的平均值,結果如表3所示。由表3可知：第1種工藝生產(chǎn)4個試樣的心部與邊部維氏硬度差較大,均超過了40 HV5,所以應將第1種工藝生產(chǎn)試樣判定為不合格；除第2種工藝試樣2-2以外,其余3個試樣的心部與邊部維氏硬度差超過了40 HV5,為不合格,試樣2-2的硬度合格；第3種工藝生產(chǎn)的4個試樣心部與邊部維氏硬度差均在標準要求范圍內(nèi),則視為硬度合格。
Table 3. 3種工藝生產(chǎn)試樣維氏硬度測試結果
| 試樣編號 | 心部測試值1 | 心部測試值2 | 心部測試值3 | 心部平均值 | 邊部測試值1 | 邊部測試值2 | 邊部測試值3 | 邊部平均值 | 心部與邊部差值 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1-1 | 260.7 | 255.6 | 263.5 | 259.9 | 325.7 | 336.5 | 331.5 | 331.2 | 71.3 |
| 1-2 | 254.3 | 252.1 | 259.6 | 255.3 | 298.6 | 319.7 | 309.6 | 309.3 | 54.0 |
| 1-3 | 261.2 | 255.4 | 256.2 | 257.6 | 324.3 | 315.5 | 318.1 | 319.3 | 61.7 |
| 1-4 | 251.2 | 245.6 | 242.8 | 246.5 | 288.4 | 321.1 | 315.7 | 308.4 | 61.9 |
| 2-1 | 244.3 | 248.5 | 251.3 | 248.0 | 275.6 | 298.4 | 296.8 | 290.3 | 42.2 |
| 2-2 | 251.6 | 246.5 | 249.7 | 249.3 | 277.1 | 288.8 | 294.5 | 286.8 | 37.5 |
| 2-3 | 253.7 | 248.2 | 245.1 | 249.0 | 272.3 | 294.5 | 302.3 | 289.7 | 40.7 |
| 2-4 | 244.8 | 251.4 | 248.9 | 248.4 | 273.1 | 304.5 | 297.2 | 291.6 | 43.2 |
| 3-1 | 250.8 | 248.1 | 244.6 | 247.8 | 264.4 | 273.2 | 265.3 | 267.6 | 19.8 |
| 3-2 | 244.7 | 252.3 | 245.6 | 247.5 | 271.3 | 267.9 | 270.5 | 269.9 | 22.4 |
| 3-3 | 255.3 | 251.2 | 247.8 | 251.4 | 273.4 | 266.8 | 269.1 | 269.8 | 18.3 |
| 3-4 | 238.5 | 242.3 | 244.1 | 241.6 | 266.6 | 259.7 | 261.4 | 262.6 | 20.9 |
1.4 化學成分分析
分別在原材上截取長度約為30 mm的試樣,對試樣進行化學成分分析,結果如表4所示。由表4可知：這3種工藝生產(chǎn)試樣的化學成分均符合標準要求,但C元素含量較內(nèi)控標準偏高,其余元素均在內(nèi)控標準范圍內(nèi),3種工藝生產(chǎn)試樣的化學成分相差不大。
Table 4. 3種工藝生產(chǎn)試樣的化學成分分析結果
| 項目 | 質量分數(shù) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| C | Mn | Si | P | S | |
| 1-1實測值 | 0.209 | 1.44 | 0.63 | 0.081 | 0.008 |
| 1-2實測值 | 0.198 | 1.46 | 0.64 | 0.080 | 0.007 |
| 1-3實測值 | 0.196 | 1.47 | 0.65 | 0.082 | 0.007 |
| 1-4實測值 | 0.208 | 1.45 | 0.64 | 0.080 | 0.008 |
| 2-1實測值 | 0.189 | 1.44 | 0.64 | 0.079 | 0.008 |
| 2-2實測值 | 0.197 | 1.47 | 0.64 | 0.082 | 0.008 |
| 2-3實測值 | 0.188 | 1.47 | 0.64 | 0.082 | 0.008 |
| 2-4實測值 | 0.192 | 1.47 | 0.65 | 0.081 | 0.007 |
| 3-1實測值 | 0.185 | 1.47 | 0.64 | 0.082 | 0.008 |
| 3-2實測值 | 0.191 | 1.47 | 0.65 | 0.080 | 0.007 |
| 3-3實測值 | 0.186 | 1.47 | 0.65 | 0.080 | 0.008 |
| 3-4實測值 | 0.187 | 1.46 | 0.64 | 0.079 | 0.007 |
| 標準值 | ≤0.21 | ≤1.60 | ≤0.80 | ≤0.030 | ≤0.030 |
2. 試驗結果分析
2.1 試樣合格性分析
第1種工藝生產(chǎn)試樣的力學性能、化學成分均合格,其宏觀形貌存在封閉環(huán),不符合標準要求；其心部與邊部的維氏硬度差超出40 HV5,不符合標準要求；其心部組織為鐵素體+珠光體,邊部組織為回火馬氏體,不符合標準要求。綜上所述,第1種工藝生產(chǎn)試樣應判定為不合格,邊部的回火馬氏體為異常組織。
第2種工藝生產(chǎn)試樣的力學性能、化學成分均合格,其宏觀形貌存在未封閉環(huán),不符合標準要求；心部與邊部維氏硬度差超出40 HV5,不符合標準要求；其心部組織為鐵素體+珠光體,試樣2-1、2-3的邊部組織為鐵素體+珠光體+貝氏體+少量魏氏組織,試樣2-2、2-4的邊部組織為回火馬氏體。綜上所述,第2種工藝生產(chǎn)試樣應判定為不合格,其邊部的回火馬氏體、貝氏體及魏氏組織為異常組織。
第3種工藝生產(chǎn)試樣的力學性能、化學成分均合格,宏觀形貌的襯度均勻一致,未出現(xiàn)封閉環(huán)；維氏硬度測試結果合格；其心部與邊部組織為鐵素體+珠光體,符合標準要求。因此,第3種工藝生產(chǎn)試樣應判定為合格。
2.2 試樣異常組織產(chǎn)生原因分析
HRB500aE鋼筋邊部封閉圈處主要出現(xiàn)了3種異常組織,為回火馬氏體、貝氏體及魏氏組織,導致鋼筋不合格。
第1種工藝生產(chǎn)試樣的力學性能和化學成分均合格,但宏觀形貌存在封閉環(huán),根據(jù)GB/T 1499.2—2018標準規(guī)定,出現(xiàn)封閉環(huán)就應判定為不合格,隨后的維氏硬度測試和金相檢驗結果也印證了判定結果,邊部的回火馬氏體是導致維氏硬度測試結果不合格的原因,這是由軋制過程中的穿水造成的,鋼筋在穿水后表面溫度冷卻速率較快,但心部溫度高,并向外傳遞熱量,形成自回火的一個過程,在試樣的邊部形成一圈回火組織,回火馬氏體具有較高的硬度和耐磨性,但會使鋼筋的塑性和韌性大幅度下降,屬于熱軋帶肋鋼筋中的有害組織。
第2種工藝生產(chǎn)試樣的力學性能和化學成分均合格,但宏觀形貌存在未封閉環(huán),依據(jù)標準要求,出現(xiàn)未封閉環(huán)時,應進行維氏硬度測試和金相檢驗。2-2試樣各項檢測結果合格,其余試樣不合格。第2種工藝生產(chǎn)試樣的邊部組織中含有少量貝氏體和魏氏組織,同時也出現(xiàn)了回火馬氏體,這也是由穿水造成的,穿水后組織比較混亂,有可能存在貝氏體、魏氏組織、回火索氏體、回火馬氏體等。鋼筋在上冷床前溫度低,導致奧氏體過冷至珠光體和馬氏體轉變溫度之間的溫度區(qū)間時產(chǎn)生貝氏體,魏氏組織的形成是由于鋼坯的加熱溫度高,在加熱爐內(nèi)放置時間長,導致奧氏體晶粒粗大[2],在冷卻速率較快的條件下形成魏氏組織。貝氏體的存在將會導致鋼筋屈服強度升高,但強屈比下降；魏氏組織中的鐵素體呈現(xiàn)針狀[3],在鋼筋發(fā)生形變時,這種針狀的組織與其他組織間產(chǎn)生的相互作用力減小,形成脆弱面,導致鋼筋的韌性下降；回火馬氏體為有害組織,雖然第2種工藝中試樣2-2的維氏硬度測試結果合格,但組織存在回火馬氏體,所以第2種工藝生產(chǎn)試樣不合格。
第3種工藝生產(chǎn)試樣的各項檢測結果均合格,無異常組織,故推薦使用第3種工藝方法生產(chǎn)鋼筋。
3. 結論
（1） 為避免產(chǎn)生不合格鋼筋,可對鋼筋進行力學性能、組織、硬度、化學成分的綜合分析,找出不合格鋼筋的邊部異常組織類型。
（2） HRB500aE鋼筋邊部封閉圈處主要出現(xiàn)3種異常組織,分別為回火馬氏體、貝氏體及魏氏組織。
（3） 因為鋼筋邊部出現(xiàn)不同異常組織,故應調整相應的工藝參數(shù),以生產(chǎn)出質量合格的鋼筋。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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