吴浩鸿1 张顺开2
（1.涟钢技术中心；2.涟钢质量部）
摘 要 针对大规格螺纹钢（公称直径∮25mm及以上）小弯芯（1a）冷弯过程中出现横肋根部开裂问题，从螺纹钢化学成分、偏析、夹杂物、金相组织、横肋a和β角的设计、时效等方面进行了比较分析，提出了优化化学成分、减小横肋β角、辅以适当的时效等措施，提高塑性和减少应力集中，从而解决了大规格螺纹钢小弯芯冷弯开裂的问题。
关键词 螺纹钢；小弯芯冷弯；开裂；金相组织；横肋
大规格螺纹钢筋（公称直径∮25mm及以上，150mm×150mm×12000mm连铸小方坯，采用热下同）在地铁、桥梁、水坝等重点工程中使用较多，而用户在制作工件、冷弯时的弯芯一般较标准要求小，有的约为30 mm（约1a），比标准要求的5d（HRB400E∮28~∮32mm）等要严格得多，很容易出现冷弯开裂的问题，并且在同类型企业普遍存在。本文就大规格螺纹钢小弯芯（1a）冷弯横肋根部开裂的成因进行了分析，并提出了相应的解决措施。
装热送工艺，16机架连续轧制，主要装备为步进式加热炉、Φ550轧机列（4列）、Φ480轧机列(2列)、Φ350轧机列（6列）、飞剪、步进式冷床、冷剪机等，生产工艺流程如图1。
2 冷弯开裂原因的分析
2.1 夹杂物分析
大规格小弯芯冷弯后沿横肋根部出现直线状裂纹，从裂纹处取样分析，结果表明：其周边无脱碳现象及非金属夹杂物，夹杂物不是导致冷弯开裂的原因。其夹杂物检验评级结果如表1。
1 生产设备及工艺流程
某公司棒材生产规模为∮18mm~∮50mm热轧带肋钢筋100万吨/年，生产原料为
图1 工艺流程图 表1 夹杂物评级
规格 组织 晶粒度 28 F+P 32 F+P
10.2 10.5
偏析
夹杂物种类和评级对比 A
B
C
D Ds
备注
有短小的A类夹杂，有B、C类夹杂超宽
有短小的A类夹杂
中心偏析，少量马氏体 1.5 1.5 2.0 1.5 1.5
中心偏析
2.0 1.0 1.5 1.5 1.0
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涟钢科技与管理 2019年第6期
Si、Mn、V微合金化工艺生产，具体如表2。取样进行金相组织分析，结果表明存在一定的组织偏析，从表层到心部铁素体百分比波动偏大，如图2，并且中心偏析处存在少量马氏体。
2.2 化学成分、偏析与金相组织 2.2.1 化学成分与微观组织
化学成分与国内同类型企业差异不大，采用
表2 化学成分表
主要元素 成分/%
C
Si
Mn
P
S
V
≤0.25 0.4-0.7 1.4-1.6 ≤0.045 ≤0.045 适量
图2 不同样品偏析比较图
2.2.2 晶粒度
晶粒度对冷弯性能的影响，如表3。同一炉钢轧后空冷的晶粒度比控冷工艺约低1个等级，晶粒粗大导致冷弯性能较差。
表3 空冷与控冷冷弯性能比较表
试样编号 180°冷弯试验结果 轧后冷却工艺 晶粒度 374-1 374-2 374-3 374-4 374-5
2a合格 2a裂纹 2a微裂纹 2a合格 2a裂缝
910~920℃ 空冷 910~920℃ 910~920℃ 空冷
9.5 8.5 9.5 10.0 9.0
和剪切应力增加。螺纹钢在冷弯过程中，受弯曲力矩作用，外表面弯曲应力叠加到横肋根部，容易产生冷弯开裂的问题，如图3、图4所示。 3.3.2 前滑的影响
前滑（轧件速度大于轧辊线速度）的存在，造成K1脱槽时，轧辊槽底刮擦横肋，产生应力集中。随着β角增大，出口轧件实际速度在垂直于横肋的分速度越大，前滑对横肋刮擦的影响越大，如图4。
2.3 横肋a、β角影响分析 2.3.1 应力集中
横肋在轧制过程中侧面受到轧辊正压力及摩擦力作用，并且横肋与内径基圆无过渡圆角，在横肋根部产生应力集中，a角越大，弯曲应力
图3 钢筋横肋示意图
图4 钢筋横肋受力图及β角对前滑影响示意图
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2019年第6期 LYS Science-Technology& Management 3 改进对策及效果
3.1 化学成分等工艺优化
为减少偏析及M的产生，适当降低钢水中Mn、N含量，同时控制合适的连铸拉速和过热度，组织偏析和M得到较大改善，如表4、图5。
a
马氏体
元素
表4 化学成分比较表（%）
C
Si
Mn
P
S
V
优化前 ≤0.25 0.4~0.7 1.4~1.6 ≤0.045 ≤0.045 适量 优化后 ≤0.25 0.4~0.7 1.0~1.5 ≤0.045 ≤0.045 适量
b
马氏体
a.工艺优化后；b.工艺优化前
图5 中心偏析、马氏体
3.2 横肋β角优化
横肋β角由70°改进为60°，a角（50°）保持不变（标准要求不低于45°），优化后横肋根部应力集中得到缓和，前滑对横肋刮擦减轻，冷弯时外侧横肋根部弯曲应力减小。 3.3 晶粒度控制
通过降低终轧温度30~50℃，控制晶粒度在10.0级以上，改善塑性和冷弯性能。 3.4 时效
螺纹钢中氮含量较高，游离氮原子钉扎在晶界、位错处（柯氏气团），提高位错密度和组织应力，强度提高，塑性降低；自然时效过程中，碳、氮元素在室温时仍有扩散能力，偏析和冷却造成的碳、氮元素过饱和处于不平衡状态，过饱和碳扩散而浓度降低，同时氮的钉扎会有一部分会脱溶，故塑性提高，冷弯性能改善。
大规格钢筋自然时效一周后，延伸率升高2%~4%，屈服强度降低约10MPa；人工时效（150℃保温3小时或180℃保温1小时）也达到了自然时效同样的效果。 3.5 改进效果
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通过采取以上措施，大规格钢筋冷弯（1a）试验合格，产品质量显著提高，达到用户需求，已实现批量供货。
4 结论
a. 因锰、氮含量高，心部偏析处产生马氏体是塑性降低、冷弯性能较差的重要原因。
b. 螺纹钢横肋β角等优化后，减缓了横肋根部的应力集中，冷弯性能改善。
c. 晶粒（F+P）较细时，冷弯性能较好；当晶粒度≤9.0级时冷弯性能较差。
d. 时效可以提高螺纹钢冷弯性能，自然时效1周可以满足用户冷弯加工要求；同时屈服强度降低约10MPa，抗拉强度基本不变，延伸率提高2%~4%。
e. 通过工艺优化和横肋改进、时效等措施可以满足大规格钢筋小弯芯(1a)冷弯性能要求。
参考文献
1 潘建洲. 螺纹钢冷弯性能与横肋形状的研究及应用[J]. 钢铁,2005,8.
2 赵根社,吴则国,麻成成. 通过孔型改进解决大规格钢筋冷弯裂纹问题[J]. 现代冶金,2017, 45(5).
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