２０１２年４月 Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ 试验研究； 微氮合金Ｈ ＲＢ４００热轧带肋钢筋屈服强度不合原因分析 尹晏生，董昌兴，任鹏，李红柳，董丙成 （莱芜钢铁集团有限公司，山东莱芜２７１ １０４） 摘 要：对微氮合金生产的ＨＲＢ４００热轧带肋钢筋屈服强度不合格样品进行分析，通过对比样品成分与气体分析，结合金 相组织以及析出相扫描电镜分析和物理化学相分析，屈服强度不合格的主要原因是钢材中全氧含量高，造成析出相围绕夹 杂物长大，微氮合金未发挥作用，建议采取严格转炉终点控制管理、优化出钢工艺、强化吹氩及适当降低轧制加热和开轧温 度等改进措施。 关键词：热轧带肋钢筋；ＨＲＢ４００；微氮合金；屈服强度；夹杂物 中图分类号：ＴＧ１４２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—４６２０（２０１２）０２—００３６—０３ １ 前言 因，从原理上进行了验证，并结合炼钢、连铸以及轧 钢工艺实际情况对生产工艺提出改进。 ２０１１年６月份，在莱钢炼钢老区１ 转炉、３ 连铸 机与棒材厂第二轧钢车间生产的 ２２ ｍｍ规格 ＨＲＢ４００热轧带肋钢筋，连续出现３炉产品屈服强度 不合格的情况。通过生产工艺调查及不合格样品 ２生产基本情况 ２．１不合格样品检验 连续生产的４炉 ２２ ｍｍ规格ＨＲＢ４００热轧带 肋钢筋中，Ｙ１１１－９６３１～Ｙ１１１－９６３３炉次共３炉连续 综合分析，结合其他规格合格样品，并与其他钢厂 相同产品进行比较，找出了屈服强度不合格的原 不合格，具体检验数据见表１。 表１ ＨＲＢ４００热轧带肋钢筋力学性能与化学成分 测量米重的波动范围为２．８７～２．９１ ｋｇ／ｍ，平均 ２．３轧制工艺 米重２．８９ ｋｇ／ｍ，负差率在一３．６％— ２．３％，满足国家 标准米重控制要求（±４％）。 ２．２冶炼主要技术数据 连铸钢坯在莱钢棒材厂第二轧钢车问轧制，轧 制实际温度控制情况如下：加热温度１ １５０～１ ２００ ｃｃ，开轧温度１ １３０ １ １８０ ｏＣ，终轧温度１ ０００～１ ０５０ 此次生产所用坯型为１５０ ｍｍ Ｘ １５０ ｍｍ，系炼钢 老区１ 转炉生产，微氮合金加入量为０．６７ ｋｇ／ｔ。冶炼 的主要工艺特点为：１）出钢过程没有进行吹氩处 ℃，上冷床温度（不进行穿水冷却）９９０～１ ０４０ ｏＣ。 ３综合分析 微氮合金强化方式在其他钢铁企业也有使用， 理，吹氩站吹氩强度较小即为软吹。２）转炉终点 ［Ｃ］为０．０３％～０．１０％，且在出钢口寿命后期，出钢时 间较短，出钢过程转炉下渣较多。技术数据见表２。 表２ ＨＲＢ４００冶炼主要技术数据 采用相同的轧制控冷工艺，某钢厂使用微氮合金生 产的ＨＲＢ４００钢筋性能较在莱钢使用微氮合金生产 钢筋性能要高出４５～５０ ＭＰａ。结合其他规格合格 样品与其他钢厂生产样品进行综合分析。 ３．１气体分析 利用ＯＮＨ分析仪对ＨＲＢ４００钢筋钢材进行了 总氧及氮含量分析检测，结果见表３。 表３数据显示，莱钢钢筋中总氧量偏高，均＞ 收稿日期：２０１１－１０—１４ １３０ Ｘ １０～，较其他钢铁企业同类产品高出（４０～ 作者简介：ｙｒ晏生，男，１９６３年生，１９８２年毕业于山东冶金工业学校 金属冶炼专业；２００８年毕业于青岛科技大学化学工程专业。现为 莱钢品质保证部工程师，从事质量管理工作。 ３６ ５０）Ｘ １０ 以上，这会对钢筋的力学性能造成不利影 响。氮量因钒氮合金加入量和规格不同及成分匹 山东冶金 第３４卷 主要为氧化物的夹杂物为核心，生成碳氮化物相， 而这些氧化物夹杂大小不一，分布不均，且长大速 析出相定量分析结果显示：１）Ｍ（Ｃ，Ｎ）的相组 成结构与ＳＥＭ能谱分析结果一致；２）Ｙ１ １ １－９６３２炉 钢筋中（３ 样）的Ｍ（Ｃ，Ｎ）析出相是富０的碳氮化物， 而对比样（５ 样）则是富Ｖ和Ｎ的碳氮化物。验证了 Ｙ１１１－９６３２炉钢中（３ 样）由于氧化物夹杂含量较 率不一，对钢筋的力学性有严重的不利影响。 研究经验证明：脱溶析出相的弥散析出和分布 可以提高钢的强度，但析出粒子的聚集长大则会减 弱强化效果，甚至恶化强化效果。而析出相粒子的 高，一方面使碳氮化物在其表面包裹形核，并促进 析出相快速长大；另一方面，因大量氧化物夹杂抑 长大一定程度上与母相化学成分和组成密切相 关。这是因为母相结构的不均匀性及新相粒子析 制了碳氮化物新核的形成。而对比钢中（５ 样）氧含 量相对较低，且夹杂物尺寸较小、分布弥散，有利于 Ｖ（Ｃ，Ｎ）的形核与生成，且长大速率较低。３）定量分 析结果证实高Ｎ低氧对微氮合金在钢筋中充分发挥 碳氮化物析出对钢筋的强化具有举足轻重的作用， 极大地促进了ｖ的析出，有利于充分发挥微氮合金 的强化功效。 出的先后不同，析出相在尺寸上参差不齐，在大粒 子周围母相浓度低，小粒子周围母相浓度高。因此 母相中存在有溶质原子的浓度差而使母相成分均 匀化，均匀化的过程将破坏相界面平衡。为了恢复 平衡，将发生小粒子的溶解，大粒子的长大，直至母 相成分接近稳定平衡状态。 ３ 试样母相中相对富含氧化物夹杂，析出粒子 平均直径长大速度快，起始析出时间也短；而且氧 ４结论及建议 在莱钢使用微氮合金生产的ＨＲＢ４００钢筋中， 化物夹杂在母相中相对较高的分布密度缩短其扩 散距离，减少扩散时间，进一步提高大粒子的长大 速度，较小粒子变小或溶解消失。５ 试样则反之，钢 中析出的粒子相对细小弥散，且均匀性相对较好， 总氧含量高出其他同类钢厂（４０～５０）Ｘ １０～，钢筋 中碳氮化物析出相为富氧析出物，且析出物颗粒大 小和分布都不均匀，大颗粒超过２００ ｎｍ，大多呈碳 氮化物包裹氧化物形态，削弱了微氮合金对钢筋的 强化效果。其钢筋强度降低了４０—５０ ＭＰａ。全氧 含量过高造成夹杂物过大是本次微氮合金生产 因此疏散强化效果好。 ３．４物理化学相分析 为进一步分析析出相的组成与数量，对３ 试样 和５ 试样进行了物理化学相分析。采用５％ＫＣ１＋１％ 柠檬酸水溶液电介质，在电流密度为０．０２５～０．０３５ Ａ／ｃｍ 和０—５℃温度下，电解 ２０ ｍｍ ｘ １００ ｍｍ的 ＨＲＢ４００屈服强度不合格的主要原因。 建议采取以下改进措施：１）严格转炉终点控制 管理，确保转炉终点钢水［Ｃ］在０．０８％以上，尽量杜 绝过氧化钢水。２）优化转炉出钢工艺，部分采用含 加工试样约２～３ ｈ。电解得到各种析出相粉末用无 水乙醇清洗，吹干，然后用ＸＲＤ对以Ｍ（Ｃ，Ｎ）相为主 的粉末进行定量分析，结果见表４。 表４ Ｍ（Ｃ。Ｎ）相中各元素占相量的原子分数％ 试样 Ｃ Ｔｉ Ｆｅ Ｓｉ Ｍｎ Ｖ Ａ１ Ｎｂ Ｏ Ｎ ∑ 铝脱氧剂，控制出钢时间与挡渣球挡渣效果，减少 转炉下渣；适当增加造渣材料使用量。３）在转炉垮 安装一根带有快速接头的吹氩管，出钢过程中全程 吹氩，转炉出钢若没有吹氩气，氩气站大搅拌时间 不得低于５ ｍｉｎ。４）适当降低轧制加热和开轧温度 １０～３０ ｃＣ，以控制二次相析出物的长大。 ３ 试样４．７２ ４．７４ ２９．１９ ４．１２ ４．９２ １３．３ ３．４６ ２．６１ ２５．３２ ７．６２ １００ ５ 试样７＿３３ ７．２５ ２．５９ ２．５１ ４３．４５ ６．２２ ８３１ ２２．３４ １００ Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ＤｉｓｑｕａＩｉｆｉｃａｔｉＯｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ－ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ａｌｌｏｙ ＨＲＢ４００ Ｈｏｔ Ｒｏｌｌｅｄ Ｒｉｂｂｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｂａｒ ＹＩＮ Ｙａｎ－ｓｈｅｎｇ，ＤＯＮＧ Ｃｈａｎｇ－ｘｉｎｇ，ＲＥＮ－ｐｅｎｇ，ＬＩ ｈｏｎｇ－ｌｉｕ，ＤＯＮＧ Ｂｉｎｇ－ｃｈｅｎｇ （Ｌａｉｗｕ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｌａｉｗｕ ２７１１０４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｉｓｑｕａｌｉｉｃａｔｆｉｏｎ ｓｉｍｐｌｅｓ ｆｒｏｍ ＨＲＢ４００ ｈｏｔ－ｒｏｌｌｅｄ ｒｉｂｂｅｄ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｍｉｃｒｏ－ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｌｌｏｙｉｎｇ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｇａｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ＳＥＭ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃ０ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｉｓｑｕａｌｉｉｃａｔｆｉｏｎ ａｒｅ ｔｈｅ ｈｉ ｔｏｔａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ，ｗｈｉｃｈ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｇｒｏｗ ｕｐ ｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｌｌｏｙ ｄｉｄ ｎｏｔ ｐｌａｙ ａ ｒｏｌｅ．Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｐｒｏｐｏｓａｌｓ：ｓｔｒｉｃｔ ｔｈｅ ｅｎｄ－ｐｏｉｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｈｏｔ ｍｅｔａｌ ｔａｐｐｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ａｒｇｏｎ ｂｌｏｗｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ，ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｓ． Ｋｅｙ ＷＯ￣Ｓ：ｈｏｔ－ｒｏｌｌｅｄ ｒｉｂｂｅｄ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ；ＨＲＢ４００；ｍｉｃｒｏ－ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｌｌｏ 黎 ３８ 一 ¨ ～鹄
