水钢科技SHUIGANG SCIENCE &TECHNOLOGY
第147期
1来样情况
2018年7月17日，某厂产品室送Φ12的小
规格HRB400E 冷弯断裂螺纹钢共2件，要求分析断裂原因。来样见图1。 作者简介：周刚(1973~)，男，物理检验高级工程师，从事物理检验工作。
HRB400E 小规格螺纹钢断裂分析
周刚
(首钢水钢制造管理部贵州六盘水553028)
摘要：现代钢企为保证螺纹钢在高强度下的可焊性，多采用控轧控冷工艺，以得到细晶的平衡态组织。但如果钢坯的化学成分控制不当，会在随后控冷工艺中导致异常组织，引起冷弯断裂。关键词：冷弯断裂；贝氏体；控轧控冷 Fracture Analysis of HRB400E Small Rebar
Zhou Gang
(Manufacture Management Department,Shougang Shuicheng Iron &Steel (Group)Co.,Ltd.,Liupanshui553028,Guizhou,China)
Abstract:A control process of rolling and cooling is always used in an advanced enterprise for steel manufacture to obtain equilibrium microstructure with fine grain so as to ensure weldability of high strength rebar.However,if chemical composition of steel is not controlled appropriately,abnormal mi⁃crostructure will arise in cooling control process in steel rolling to result in cold bending fracture of rebar.
Keywords:cold bending fracture;bainite;control rolling and control cooling
图1来样外观
2来样成分
通常来说，影响钢材性能最基础的因素是成
分，为了排除钢材成分造成试样断裂的可能，故安排进行钢材成分检验，来样成分见表1。 12··
2019年第1期
表1来样化学成分
编号材质化学成分(质量分数)/%
C
Si
Mn
P2004感动中国颁奖词
S
Cr
Nb V 调查1#HRB400E 0.2610.776 2.050.0430.0250.046--调查2#
HRB400E 0.2640.765 2.030.0440.0250.050--
GB/T1499.2-2018
注:GB/T1499.2-2018中HRB400与HRBF400成分相同
HRB400HRBF400
≤0.25≤0.80≤1.6≤0.045≤0.045--从成分来看，这批螺纹钢的C、Mn 成分略超[1]。
标准要求碳含量≤0.25%，实际为0.264%，考虑±0.02%的测量误差，碳含量偏差造成影响的可能基本排除。标准要求锰含量≤1.6%，实际为2.05%，考虑±0.07%的测量误差，锰含量确实超出标准规定。
3来样力学性能
冷弯断裂一般是由于钢材塑性变形能力不
足造成的，为了了解钢材实际的力学性能，作者按排对来样进行力学性能检验，检验结果见表2。(检验设备为上海新三思计量仪器有限公司生产的600KN 的STH4605电液伺服万能试验机。)
从力学性能来看，来样强度超标准非常多，且延伸非常小。且从力学性能检验的力位移图
(见图2)中可以看出，两根试样均未表现出明显的屈服，试验人员一度以为来样为号钢。
HRB400E 小规格螺纹钢断裂分析
表2来样力学性能
编号钢种规格
屈服强度Rel (MPa )
抗拉强度Rm (MPa )
延伸(%)
A (%)断面收缩Z (%)调查1#HRB400E 12-860.97 2.77-调查2#
HRB400E 12-981.39 4.68-GB/T1499.2-2018
HRB400
-
≥400
≥540
≥16
-
图2力位移图13··
水钢科技SHUIGANG SCIENCE &TECHNOLOGY
第147期
通常螺纹钢的组织为F+P，异常的时候出一点魏氏组织，在含铌钢中会出现少量粒状贝氏体，但B+T 含量达到65%则较为少见。6
显微硬度
从来样的铁素体晶粒来看，来样的晶粒非常细，且呈经典的F+P 形态，按常理推测得到贝氏
体(B)的可能性比较小，为了验证作者的观察，作者对贝氏体组织进行了显微硬度检测，结果见表5，常见金相组织显微硬度见表6[2,3]，证实观测到的确实为贝氏体(B)，并混有少量屈氏体(T)。(显微硬度检验设备为日本三丰公司的MVK-H11型显微硬度计)
表6常见金相组织显微硬度
组织
F C P S T B 上B 下M 硬度值(HV )
177
1279
222吃的真相
314
407
442
626
847
注:F —铁素体、C —渗碳体、P —珠光体、S —索氏体、T —屈氏体、B 上—上贝氏体、B 下—下贝氏体、M —马氏体
表5贝氏体相组织显微硬度
测量点12345平均值检测值(HV )
422
591
567
452
407
487.8
4夹杂物级别
夹杂物级别评定见表3。(检验设备为日本
奥林巴斯公司生产的PMG3型金相显微镜)
表3夹杂物级别
批号
硅酸盐类硫化物类球状氧化物类氧化铝类单颗粒球状类
粗系
细系粗系细系粗系细系粗系细系调查1#0.5 1.5---0.5---调查2#
0.5
1.5
粗蜘蛛丝--- 1.0
---从夹杂物类型与含量来看，夹杂物含量与螺纹钢的夹杂物含量相吻合。
5金相组织
金相组织见表4。(检验设备为日本奥林巴
斯公司生产的PMG3型金相显微镜)
表4金相组织
批号钢种规格(Φ,㎜)
金相组织
晶粒度(级)
魏氏组织(级)
怀柔 让子弹飞调查1#HRB400E 12B+F+T ,B+T 约占65%(图3)11.5-调查2#
HRB400E
12
B+F+T ,B+T 约占69%(图4)
11.5
-
备注:F-铁素体;P-珠光体;T-屈氏体;B-贝氏体;W-魏氏组织。
14··
2019年第1
期
图5穿水层组织500×图7调查1#试样穿水层宏观形貌
图8调查1#试样穿水层宏观形貌
表7穿水层深度和组织
批号穿水层组织内径穿水层深度(㎜)
过渡层组织
过渡层深度(㎜)
调查1#S 回(图5)0~0.63(图7)--调查2#
S 回(图6)
0~0.62(图8)
--
soa 案例
备注:S 回-回火索氏体;F-铁素体;B-贝氏体;P-珠光体
。
图3金相组织200×
图4金相组织200×
河南工业大学学报图6穿水层组织500×
HRB400E 小规格螺纹钢断裂分析
7穿水层深度及组织
穿水层深度及组织见表格7(检验设备为日
本奥林巴斯公司生产的PMG3型金相显微镜)
以上试样穿水层金相组织见图3-4，穿水层组织见图5-6，穿水层宏观形貌见图7-8。
15··
水钢科技SHUIGANG SCIENCE&TECHNOLOGY第147期HRB400E小规格螺纹钢断裂分析
8分析
(1)从成分上看，来样C含量在考虑测量误差后基本吻合，而Mn含量略超。(2)从力学性能上看，首先是无屈服，其次是抗拉强度严重超标，达280~440MPa之多，而标志塑性的延伸率严重不足,GB/T1499.2-2018要求HRB400类的延伸率要达到16%，而来样只有2.77~4.68%。(3)从夹杂物含量来看，夹杂物含量接近螺纹钢。(4)从组织上看，组织为B+F+T，且B+T含量达65%以上。(5)从穿水层组织来看，工艺为HRB400E 的生产工艺。
螺纹钢主要用于建筑行业，对螺纹钢进行弯曲主要是为了加强钢筋与混凝土的结合力，研究表明，带弯钢筋的结合力比不带弯的大30%，螺纹钢的弯曲试验主要就是考查螺纹钢的塑性变形能力。综合各种分析手段来看，造成本次小规格螺纹钢断裂的主要原因是钢材的塑性变形能力不足,GB/T1499.2-2018要求HRB400类的延伸率要达到16%，而来样只有2.77~4.68%。
而造成塑性变形能力不足的原因则较为复杂，从成分、组织及性能上来看，现代钢企为保证螺纹钢在高强度下的可焊性，多追求在两相区下进行轧制，以得到尽可能细的晶粒[3]。从本次钢材的铁素体晶粒来看，晶粒度为11.5级，显示其开轧温度、轧制温度、轧后冷却、压下量等参数控制得非常好。但钢中异常的B+F组织则显示其工艺存在问题，作者在细致观察金相试样宏观断面后发现，试样呈现树木年轮状，这让作者想起呈经分析过的65Mn盘条拉拔断裂,65Mn铸坯由于铸造时钢水温度过高，导致Mn成分偏析，在同样的冷却制度下，外表面为正常组织，而芯部
富Mn部分却转变为马氏体。将铸坯的偏析管道形状与金相试样的树木年轮相结合起来，则不难验证得出,Mn元素偏析导致C曲线的右移和变形[4]，相同的热处理工艺下，偏析管道内的富Mn
部分更容易得到贝氏体相或马氏体相组织，而正常部分则仍为F+P，在本例中则表现为因钢材横断面上贝氏与托氏体组织含量的变化而使金相试样呈现树木的年轮状。
现代钢企为保证螺纹钢在高强度下的可焊性，实行控轧控冷，以保证在两相区下进行轧制。
这种工艺不仅将相同成分钢种的压下量、开轧温度、轧制温度、冷却方式、终轧温度等参数限制在了一个较窄的范围内，反过来也对钢中各种成分提出了更加严格的要求，尤其是易于导致C曲线的右移和变形的Cr、Mn等元素。
9结论
钢材化学成分超标引起组织异常，导致钢材力学性能、工艺性能异常，最终在用户冷弯加工过程中发生断裂。建议加强对炼钢成分的控制。
参考文献
[1]GB/T1499.2-2018《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋
钢筋》。
[2]许天己.《钢铁热处理实用技术》[M].北京.化学工业出版
社.2005。
[3]刘永铨.《钢的热处理》[M].北京.冶金工业出版社.1986. P326。
[4]刘永铨.《钢的热处理》[M].北京.冶金工业出版社.1986. P24。
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