汉钢螺纹钢质量提升实践

赵新成， 王培培

（1.陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西汉中724200；2.陕西钢铁集团有限公司，陕西西安710018）

随着工程质量追责制度的不断完善，人们的质量意识也在不断提升。钢材出厂后，不定期出现客户反馈：HRB400E的屈服强度不符合国标要求，且与出厂检测数据偏差较大。陕钢集团汉中钢铁有限责任公司（全文简称汉钢）针对此问题组织相关技术人员展开研究。通过对钢材自然时效金相组织、力学性能变化，调整炼钢、轧钢工序生产过程及关键质量控制点，实现产品质量的精准控制。

1 检测设备

1）微机控制电液伺服万能试验机，型号：WAW-300、WAW-600、WAW-1000、WAW-2000，试验机精度等级0.5，生产厂家：上海三四纵横机械制造有限公司。

2）光学显微镜，型号：GS71，生产厂家：日本奥林巴斯。

3）硬质冲头标距打点机型号YD-400，生产厂家：韶关市先标实验设备有限公司。

4）游标卡尺（0～300）mm。

2 试验方法

1） 取 Φ16 mm、Φ25 mm、Φ32 mm 三种种规格HRB400E试样，在同一规格和同一个批次上抽取5组，每组4支，每只450 mm。

2）每组样品按照基准试样、10 d时效试样、20 d时效试样、30 d时效试样、60 d时效试样分别进行标识。

3）基准样品标识后直接试验，记录数据。其他试样放在室外进行自然时效。按时间节点完成自然时效样的力学性能检测，记录实验数据。

3 数据分析

3.1 自然时效试验数据（见表1）

表1 自然时效试验数据

3.2 力学性能分析（见下页图1——图4）

3.3 抽样分析

抽取HRB400EΦ25 mm试样进行不同时间段时效后的金相组织分析，生产当天试样和时效10d、20d、30 d后，金相分析试样的内部组织基本为铁素体+珠光体。如下页图5所示。

图1 屈服强度变化趋势

图2 抗拉强度变化趋势

图3 断后伸长率变化趋势

图4 最大力下总伸长率变化趋势

3.4 时效试验分析

1）经时效后屈服强度10 d时降低比较明显，降低基本在10 MPa以上，最大可达到17.31 MPa，而抗拉强度、断后伸长率、最大力下总伸长率都有所升高。

图5 金相分析式样的内部组织

2）除屈服强度经时效后变化明显外，其他指标受时效时间影响程度较小。

3）不同时间段时效样金相分析表明：试样的内部组织基本为铁素体+珠光体，且金相组织无明显变化。

4 屈服强度下降原因

HRB400E钢材时效试验过程中屈服强度明显下降，是因为屈服点应力是弹性极限的指标，依据金属学原理，金属的弹性极限主要取决于原子间的结合力，原子间的结合力又主要取决于原子间距，钢筋在轧制冷却的过程中会产生残余应力，残余应力的存在会使晶格产生畸变，从而改变原子间距。但是随着时间的推移，残余应力逐渐减弱并最终达到稳定，这时原子间距不再发生变化，因此，屈服强度应力随着时效时间的推移而下降并最终趋于稳定。

为提高客户满意度，降低因钢材性能问题引发的质量异议，汉钢生产过程通过提升螺纹钢的钒含量稳定钢材性能。

5 采取的措施

钒作为钢螺纹钢中细化晶粒的微量元素，在HRB400E生产过程中具有举足轻重的作用，主要表现：与氮结合有助于减弱钢材性能时效影响；通过传统的晶界钉扎及晶内成核，铁素体实现细化晶粒；析出发生在奥氏体向铁素体转变过程和转变后具有明显的强化作用；在轧制过程中，析出较少或溶质牵制较少，有利于降低轧制负荷提高生产率等。故根据生产实际及前期生产情况，这次提升质量过程，主要通过调整各规格钒含量观察钢材质量变化。

5.1 调整HRB400E螺纹钢化学成分（见表2）

表2 HRB400E螺纹钢的化学成分调整前后对比表 %

5.2 力学性能变化（见表3）

表3 力学性能变化表

通过以上数据对比分析可见：在碳、硅、锰合金元素含量维持不变的情况下，将HRB400E钢中的钒元素含量平均提高0.005%，钢材屈服强度的稳定性将提高8.75%，性能初检待判几率下降7.72%。

6 结论

1）通过时效试验可知，HRB400E螺纹钢屈服强度监测值不小于420 MPa即可有效杜绝不合格产品出厂。考虑到检测差异，HRB400E螺纹钢生产过程屈服强度按430～465 MPa进行控制。

2）按正常工艺生产HRB400E螺纹钢时，将钢中钒的化学成分上调0.005%，钢材屈服强度的稳定性将提高8.75%，性能初检待判几率下降7.72%；同时钢材的表面质量得到明显改善。