20mnsi螺紋鋼筋冶煉過程中的斷裂原因分析

20mnsi螺紋鋼筋冶煉過程中的斷裂原因分析

20kg螺旋管是我國建筑材料中常用的建筑材料。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑中。它的性能直接影響到設(shè)計(jì)混凝土的質(zhì)量。由四川省達(dá)州鋼鐵集團(tuán)有限公司成立于1958年?，F(xiàn)在，它是一家大型企業(yè)，擁有3.3.3.105噸鐵、3.3.105噸鋼和3.0.105噸鋼的業(yè)務(wù)。然而，隨著公司產(chǎn)量的增加，20噸螺旋管的質(zhì)量狀況主要取決于c、mn和si。如果c、si和mn含量過高，材料強(qiáng)度的增加會(huì)增加，材料強(qiáng)度的增加會(huì)增加，材料強(qiáng)度的增加會(huì)增加，材料強(qiáng)度的增加會(huì)增加。隨著材料強(qiáng)度的增加，材料強(qiáng)度的增加會(huì)增加，材料強(qiáng)度的增加會(huì)增加，材料強(qiáng)度的增加會(huì)降低。鋼中的混合物主要由鋼中氧氣和脫氧產(chǎn)物的各種氧化物、氧化物和組成的混合物組成，如硅酸鹽和鎂酸鹽。鋼中的金屬混合物很多，集中在局部力，破壞了金屬主體的連續(xù)性，嚴(yán)重影響了鋼的耐性和耐性。嚴(yán)重的混合和反演往往是武斷的地方，是失敗的原因。本文針對(duì)該企業(yè)20MnSi系列產(chǎn)品發(fā)生脆斷的現(xiàn)象,對(duì)其在冶煉過程中相關(guān)環(huán)節(jié)的取樣進(jìn)行檢測,分析試樣中夾雜物的形態(tài)、大小、成分等性質(zhì)并以此來判斷夾雜來源.1實(shí)驗(yàn)過程1.1工藝20MnSi螺紋鋼筋生產(chǎn)工藝流程如圖1所示.生產(chǎn)過程中終點(diǎn)控制采用增碳法,出鋼過程用碳化硅、硅錳合金和鋁進(jìn)行脫氧合金化和增碳.1.2鋼包、中間包結(jié)晶器及螺紋鋼成品金相顯微分析為了發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的原因,從轉(zhuǎn)爐開始后的相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié):鋼包、中間包結(jié)晶器、連鑄以及螺紋鋼成品取樣,對(duì)其進(jìn)行了O、N、C、S等元素含量的測定,并利用金相顯微鏡檢驗(yàn),用電鏡及能譜進(jìn)行夾雜物的形態(tài)、大小、成分等性質(zhì)的分析.2結(jié)果與分析2.1成品主要成分的氧含量變化實(shí)驗(yàn)采用該公司爐號(hào)為2-5309的一組全流程連鑄試樣,其中1號(hào)為轉(zhuǎn)爐樣,2、3號(hào)為鋼包樣,4、5、6、7為中間包樣,8、9、10為結(jié)晶器樣,11號(hào)為方坯樣,12號(hào)為螺紋鋼樣(中間包、結(jié)晶器樣按時(shí)間取樣).首先采用LECO氮氧儀及LECO碳硫儀進(jìn)行元素分析.根據(jù)廠方提供的鐵水成分?jǐn)?shù)據(jù)以及在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)進(jìn)行取樣的成分分析可知,雖然生產(chǎn)的20MnSi螺紋鋼化學(xué)成分在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi),但其中的C、Mn、Si、P、S都處于標(biāo)準(zhǔn)的上限,而且金屬成品樣中的氧含量也很高.結(jié)果如圖2所示.從圖2(a)中可發(fā)現(xiàn),整個(gè)冶煉過程中金屬的氧含量都處于一個(gè)很高的水平.在出鋼過程中,隨著脫氧劑的加入,鋼液中的氧含量急劇下降(從0.1282%降到0.0139%).但在后續(xù)階段氧含量有局部增大的趨勢.一方面因?yàn)槿邮艿江h(huán)境的影響,另一方面也表明生產(chǎn)過程中鋼液不斷發(fā)生氧化或有氧化物夾雜進(jìn)入金屬熔體.從氧含量數(shù)據(jù)上還可以看出,在某些階段兩次取樣的數(shù)值出現(xiàn)波動(dòng),而且幅度較大(最大相差近0.005%),這說明鋼液中夾雜物分布不均勻且偏析嚴(yán)重.圖2(b)表明鋼樣碳的含量在一個(gè)較小的范圍內(nèi)波動(dòng),平均值為0.219%,鋼樣的碳含量是在20MnSi鋼的正常范圍內(nèi),但不能排除碳在基體中的不均勻性分布.從圖2(c)氮含量的變化可以看出,在利用氮?dú)鈱?duì)鋼液進(jìn)行調(diào)溫調(diào)質(zhì)時(shí),也造成了金屬液中氮含量的增加.在該廠生產(chǎn)的品種中,氮含量始終位于(5.0～6.0)×10-7的范圍.金屬樣中氮含量的偏高將增加鋼的失效敏感性,直接導(dǎo)致鋼的機(jī)械性能降低.含氮量高的鋼的塑性、韌性和軋制性能很差,而且是形成裂紋、皮下氣泡以及中心疏松的因素.圖2(d)中硫含量的變化曲線表明,在整個(gè)生產(chǎn)過程中鋼樣中的硫都處于一個(gè)較高的水平,這也為成品樣中生成硫化物夾雜提供了條件,這一推斷在后續(xù)的金相及電鏡檢測中也得到了驗(yàn)證.2.2金相組織的影響合格的20MnSi鋼的金相組織是鐵素體晶粒加均勻分布其間的珠光體.對(duì)該廠提供的螺紋鋼產(chǎn)品試樣不同部位的金相組織(見圖3)進(jìn)行觀察,參比標(biāo)準(zhǔn)圖譜,可以看出珠光體的量偏多.同時(shí)碳在邊緣部分的偏聚,邊緣部分組織中珠光體的量明顯增加.同時(shí)環(huán)境溫度變化,如在較高的終扎溫度及較快的冷卻速度下,在邊緣容易形成以珠光體、粒狀貝氏體為主的組織,這樣,鋼筋在邊面的塑性差,容易形成裂紋.該企業(yè)中也發(fā)生過此類情況,因此金相組織對(duì)螺紋鋼的性能也有很大的影響.2.3結(jié)晶器夾夾物能譜分析圖4所示為轉(zhuǎn)爐試樣夾雜的典型能譜分析.從圖中可以清楚看出,在這一流程階段的樣品中,夾雜主要體現(xiàn)為C、Ca、O以及S、Fe等的復(fù)合體.分析具體的冶煉過程,這些夾雜物主要是來源于外加的增碳劑以及未能溶解的石灰等造渣劑.夾雜物含鈣,由于只有爐渣含CaO,說明含CaO的夾雜物來源于轉(zhuǎn)爐渣.分析內(nèi)在原因,可能是石灰的過燒率較高,導(dǎo)致石灰反應(yīng)能力差,影響整個(gè)吹煉的造渣過程,從而影響雜質(zhì)的去除,這必將影響溫度控制和終點(diǎn)控制.要解決這個(gè)問題,使用活性石灰造渣是最好的辦法.由于還存在著冶煉的氧過吹現(xiàn)象,這也必然導(dǎo)致鋼液的過氧化,產(chǎn)生大量的氧化鐵夾雜以及利用脫氧劑脫氧所產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物等.中間包取樣的夾雜物中,除了前面已經(jīng)存在的一些氧化物夾雜以及硫化物夾雜外,一個(gè)比較明顯的變化就是出現(xiàn)了一些包含有Na、K等元素的夾雜物.分析這些夾雜物產(chǎn)生的原因,可能來源于中間包的覆蓋劑.它們的出現(xiàn),說明鋼水的澆注過程波動(dòng)十分劇烈,使得覆蓋劑一部分被卷入鋼液中.值得注意的一個(gè)現(xiàn)象是夾雜物中含硅高.由于出鋼時(shí)用Fe-Si、Fe-Mn或Si-Mn合金脫氧,如果脫氧產(chǎn)物來不及上浮就留在鋼液中,那么夾雜物中一般Si、Mn的含量就高.而只含硅高的這類夾雜(見圖5),分析原因只可能來源于中間包的耐火材料,可見中間包的侵蝕也是非常嚴(yán)重的.結(jié)晶器夾雜能譜分析曲線列于圖6中.從能譜曲線可以看出,在結(jié)晶器中取樣的夾雜品種也是復(fù)雜多樣的.除了具有前面工序中所出現(xiàn)過的各類氧化物夾雜外,一些夾雜中碳含量較高,分析其原因,也主要是由于中間包覆蓋劑在澆注過程中進(jìn)入結(jié)晶器而造成.該企業(yè)實(shí)行的是敞開澆注,這一方面會(huì)造成鋼液的二次氧化(從氧含量的變化可以看出),另一方面,結(jié)晶器鋼液液面劇烈波動(dòng)或者鋼液的攪動(dòng),將未熔化的渣粉及浮在結(jié)晶器液面上的夾雜物卷入鑄坯形成夾雜.圖7為螺紋鋼局部區(qū)域的夾雜物電鏡形貌,從圖中可以清楚看到,夾雜物有一定的取向性,這主要與軋制工藝有關(guān).圖8為該夾雜物的能譜分析.從這些過程試樣的能譜曲線可以知道,雖然夾雜的外觀形態(tài)、大小各有差異,但分析其成分,則螺紋鋼中的夾雜物主要還是各類氧化物夾雜.從前面的分析可以知道