HRB400螺纹钢生产工艺研究 (2)

分类号学号
学校代码10488密级
硕士学位论文
HRB400螺纹钢生产工艺研究
学位申请人：王友华
学科专业：冶金工程
指导教师：彭其春
企业导师：左都伟
答辩日期：2015.11.21
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Professional Degree of Master in Engineering
Investigation onproduction process of
HRB400 screw steel
Master Candidate：Wang Youhua
Major：Metallurgical Engineering Supervisor ：Prof. Peng Qichun
Wuhan University of Science and Technology
Wuhan, Hubei 430081, P.R.China
November，2015
武汉科技大学
研究生学位论文创新性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。

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论文作者签名：日期：
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论文作者签名：
指导教师签名：
日期：
摘要
随着建筑行业及钢铁工业的迅猛发展，中高级螺纹钢凭借其优越的性能和高性价比，在国内外建筑行业螺纹钢的需求日益增加，中等螺纹钢HRB400的使用已日益普遍，市场庞大，但由于我国钢铁行业的产量巨大，竞争却日益激。

因此，如何降低HRB400生产的成本，提高其产品的质量及稳定性，成为目前钢铁行业面临的紧迫问题。

本文通过分析HRB400的化学成分，再根据HRB400的力学性能要求分析比较了各生产工艺，制定了HRB400螺纹钢最经济高效的生产工艺—微合金化工艺，介绍了钒的强化机理，并根据其机理制定了用VN合金替代VFe的微合金化工艺，以及其他合金化工艺要点，通过工厂工业化试验验证了该工艺的合理性。

根据HRB400螺纹钢的生产工艺特点及性能要求，为达到钢厂的降本增效的目标，提出了生产该钢种的相关工艺要求及工艺要点：降低终点钢水氧化性、减少下渣量、优化合金加料顺序以及控轧控冷时的温度控制，并重点介绍了使用碳化硅脱氧合金化的原理、优势及操作要点，结合工业试验进一步验证了其使用效果。

分析并比较了铸坯、成材的内外表面缺陷，并通过金相组织及晶粒度分析、裂纹夹杂物显微电镜分析及能谱分析、裂纹处夹杂物类型的判定等方法，找出了微合金化工艺对该钢生产的影响因素并提出相应的改进措施，进一步优化了生产工艺，提高了钢水的纯净度，制定出生产HRB400螺纹钢最佳的生产工艺。

关键字：HRB400螺纹钢；生产工艺；微合金化；碳化硅
Abstract
With the rapid development of the construction industry and steel industry, the demand for the middle advanced screw-thread steel is increasing in construction industry at home and abroad because of its superior performance and high performance price ratio. The use of HRB400 of medium screw-thread steel has become increasingly common, and the market is huge, while the competition is increasingly fie rce because of the huge production of China’s steel industry. Therefore, the urgent problem for the current iron and steel industry is how to reduce the production cost of HRB400 screw-thread steel and improve its quality and stability. In this paper, the most economical and efficient technology of producing HRB400 screw-thread steel was developed--micro alloying process by analyzing the chemical composition and the mechanical performance requirements, besides, the strengthening mechanism of vanadium was introduced, and a micro alloying process that using VN alloy instead of VFe alloy was developed, as well as other alloying process requirements, the rationality of the process is verified by the factory industrial test. According to the production process characteristics and the performance requirements of HRB400 screw-thread steel, The relevant requirements of the steel production process and key technology was developed to reduce cost and improve efficiency of steel mills: reducing the oxidability of the end of molten steel; reducing the slag quantity; optimizing the order of alloy feeding and the temperature control of controlled rolling and controlled cooling, and mainly introduced the principle ,advantage and operation key points of using silicon carbide deoxidation alloying, the effect was further verified with industrial tests. By analyzing the casting blank and the inside and outside surface defects of the steel, and by analyzing the metallurgical structure and the grain size, microscopic analysis of crack inclusion and energy spectrum analysis, and the determination of inclusion types at crack, the influence factors of micro alloying process on producing the steel and the corresponding improvement measures was developed, to further optimize the production technology and improve the purity of molten steel, finally come up with the best production technology for producing HRB400 screw-thread steel. Keywords:HRB400Screw-thread Steel; Production Technology; Micro-Alloying;
Carborundum
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
目录 ................................................................................................................................................ I II 第一章文献综述.. (1)
1.1 螺纹钢的概述 (1)
1.2 HRB400E螺纹钢国标 (1)
1.2.1 化学成分标准 (1)
1.2.2 力学性能标准 (2)
1.2.3 国外钢筋的相关标准 (2)
1.3 V微合金化的机理 (3)
1.3.1 微合金化技术 (3)
1.3.2 强化机理 (3)
1.4 生产工艺 (4)
1.4.1 冶炼工艺流程 (5)
1.4.2 轧制工艺流程 (5)
1.5 钒的合金化 (6)
1.5.1 降低终点钢水氧化性 (7)
1.5.2 减少下渣量 (7)
1.5.3 合金料加料顺序 (7)
1.6 碳化硅脱氧合金化 (7)
1.6.1 碳化硅的加入方式 (7)
1.6.2 碳化硅的理化指标 (8)
1.7 国内生产HRB400低倍组织情况 (8)
1.7.1 铸坯内部缺陷 (9)
1.7.2 铸坯表面缺陷 (9)
1.8 HRB400螺纹钢缺陷 (10)
1.8.1 表面缺陷 (11)
1.8.2 内部缺陷 (11)
1.8.3 纯净度 (12)
1.8.4 冷弯断裂和反弯断裂 (12)
1.9 研究方案 (13)
1.9.1 研究背景 (13)
1.9.2 研究目的 (13)
1.9.3 研究内容 (13)
1.9.4 研究方法 (13)
第二章碳化硅脱氧原理及其在炼钢中的应用 (14)
2.1 碳化硅作为脱氧剂及其原理 (14)
2.2 碳化硅脱氧热力学过程分析 (14)
2.3 碳化硅与传统硅铁和增碳剂脱氧能力的比较 (15)
2.4 碳化硅在钢水中起到的其他作用 (16)
2.5 碳化硅在实际生产的使用方案 (16)
2.5.1 使用基本方法及目标 (16)
2.5.2 各钢种配用碳化硅的合金配比方案 (16)
2.5.3 某厂碳化硅产品的试验试用过程及结论 (17)
2.6 小结 (18)
第三章实验部分 (19)
3.1 金相组织与晶粒度 (19)
3.2 夹杂物 (21)
3.3 裂纹微观夹杂物类型 (23)
3.4 分析裂纹产生原因 (27)
3.5 小结 (27)
第四章微合金化及生产工艺对HRB400螺纹钢的影响分析 (28)
4.1 研究方法和目的 (28)
4.2 VN合金化试验试用结果 (28)
4.2.1 VN合金的理化指标 (28)
4.2.2 试验钢合金收得率 (28)
4.2.3 试验钢化学成分和力学性能 (29)
4.3 微N合金化试验试用结果 (31)
4.3.1 某新钢铁工艺流程概况 (31)
4.3.2 试验钢组织性能和化学成分 (31)
4.4 HRB400最佳的生产工艺 (36)
4.4.1 细晶强化 (36)
4.4.2 V-N复合微合金化 (36)
4.4.3 控轧控冷工艺 (36)
4.5 建议 (36)
4.6 小结 (37)
第五章结论 (38)
致谢 (39)
参考文献 (40)
附录1 各炉合金加入情况 (42)
附录2 CAS精炼站成分控制情况 (45)
附录3 各炉次实际增硅增碳统计 (48)
第一章文献综述
1.1螺纹钢的概述
螺纹钢作为主要的建筑工业用材，被用作钢筋混凝土结构，以提高建筑结构的强度和抗变形能力，满足结构承载能力和正常使用的要求[1]。

随着建筑行业的迅猛发展，国内外建材市场均对螺纹钢的强度提出了更高的标准。

国外的建筑行业已普遍采用屈服强度为400MPa、500MPa级钢筋，在欧洲，更是广泛采用了屈服强度为500MPa和600MPa级的钢筋；国内的建筑行业也正在淘汰屈服强度为335MPa级的钢筋，采用屈服强度为400MPa级的钢筋，国标GB1499-1998增加了500MPa级钢筋[2]。

钢筋的分级和产量分别如下表1.1和1.2：
表1.1 钢筋的分级
屈服强度335MPa 400MPa 500MPa 600MPa 钢筋等级ⅡⅢⅣⅤ
表1.2 2006-2014年中国钢筋产量及增长率统计表
时间年度产量：万吨同比增长(%)
2006年8303.79 16.57
2007年10136.58 16.8
2008年9708.94 -3.94
2009年12150.56 27.1
2010年13096.49 7.78
2011年15405.41 18.01
2012年17537.25 14.95
2013年20619.20 13.8
2014年21527.76 4.77
1.2 HRB400E螺纹钢国标
1.2.1 化学成分标准
HRB400E螺纹钢的化学成分要求如表1.3：
表1.3 HRB400E化学成分要求(国标GB1499.2-2007)
C% Si% Mn% P% S% Ceq
国标≤0.25≤0.80≤1.60≤0.045 ≤0.045≤0.54
内控0.17~0.25 0.40~0.60 1.20~1.60 ≤0.045≤0.0450.43~0.54 钢中氮≤0.012%；碳当量Ceq(百分比)值计算公式：
Ceq+
+
C
Mn
+
= (1)
Cr
+
+
+
V
/)
15
5/)
(
(
Cu
Mo
6/Ni
1.2.2 力学性能标准
HRB400E螺纹钢的力学性能要求如表1.4：
表1.4 HRB400E力学性能要求(国标GB1499.2-2007)
牌号R el/MPa R m/MPa A/% A gt/%
HRB400 400 540 16 7.5
对有较高抗震要求的结构适用牌号为在上表中已有牌号后加E。

其强度和最大拉力下总伸长率的实测值还应符合下列规定：
(1) 钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；
(2) 钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.30；
(3) 钢筋的最大拉力下总伸长率不应小于9%。

HRB400E螺纹钢的金相组织为铁素体+珠光体，其晶粒度不粗于9级标准。

1.2.3 国外钢筋的相关标准
2007年，布特里奥对欧、美、日、英等国目前的通用标准进行了分析，其结果见表1.5[3]。

EN10080[4]、BS4449[5]和ASTMA615[6]等标准中规定，为满足材料机械性能要求，材质中要增加Mn合金，同时根据规格大小加入一定量的Cr。

对应ASTMA706[7]标准，还需要加入微合金元素V以降低碳当量；对抗震要求的500E级钢筋，则需加入较多的V，以满足延伸率的要求。

表1.5 不同国家钢筋标准对比
1.3V微合金化的机理
1.3.1 微合金化技术
HRB400螺纹钢存在着三种生产工艺即：①提高钢坯的碳当量(C、Mn的质量分数)；②穿水轧制；③微合金化。

虽然采用这三种方式均可生产出符合国家标准的HRB400螺纹钢，但提高钢坯的碳当量易使钢筋的成分偏析严重，且C、Mn的含量超标会使得钢筋塑性降低甚至产生脆断；穿水轧制所生产的HRB400螺纹钢会随着时间的推移造成强度大幅度降低，且焊接性能差。

介于以上的缺点，现在的钢厂主要采用第三种工艺微合金化来生产HRB400螺纹钢。

HRB400螺纹钢是在强度为335MPa的20MnSi的Ⅱ级螺纹钢上通过微合金化得到的。

由于我国的V资源比较丰富，且V对钢材强度和韧性的综合提升能力要优于其它合金，故我国的HRB400螺纹钢添加的微合金主要是VFe、VN合金。

1.3.2强化机理
钒是容易固溶到钢中、又较容易从钢中析出的微合金化元素[8]，在加热铸坯的过程中，钒从坯料中析出与钢中的碳氮原子形成高熔点、高硬度的碳化物和氮化物，这些析出物在轧制期间一方面沉淀在奥氏体(-Fe)晶界上，阻止了奥氏体晶粒的长大，且细小的析出物还可做为→α相变时的非均匀形核质点，细化铁素体晶粒；另一方面这些细小弥散的析出相会在铁的晶格上阻碍位错运动，起到沉淀强化作用[9]。

在细晶强化和沉淀强化这两方面，沉淀强化占据主导地位。

钒在钢中与碳、氮均能形成化合物，但结合能力氮要强于碳，即先生成VN
化合物，再生成VC化合物。

它们的实际生成速度和钢中N、C的浓度有关，特别是和N的浓度有关，研究表明[10]：V/N比例越小(即越接近理想当量比4：1)钢中V(C，N)中VN比例也越高，即VN多，VC少，强化沉淀效果也越好。

在低VN钢中，大部分(高达56%)的V固溶于铁素体基体中，只有35.5%的V形成V(C，N)，Ｖ钢中大量的微合金化元素并没有起到沉淀强化作用，钒的浪费比较大。

高VN钢完全相反，70%的钒析出形成V(C，N)，只有20%的V固溶于基体中。

表明氮的加入改变了钒在相间的分布，促进了V从固溶状态向V(C，N)中转移，从而使V起到了更好的沉淀强化作用。

钢中增氮，既减小了V(C，N)颗粒尺寸，又明显增加了细小弥散V(C，N)析出相的体积分数。

细小弥散V(C，N)析出相数量的增加是ＶＮ钢筋强度增加的主要原因。

当V/N比达到理想化学配比(V/N=3.64)时，钒的析出程度最大。

添加VFe微合金化的钢，V/N远高于理想化学配比，V的固溶量偏高。

为了更好地发挥钒的沉淀强化作用，需要在钢中增氮。

目前，添加VN合金是最有效的增N方式。

有资料表明[11]：用VN合金化的钢析出的钒大约是VFe合金化钢的2倍。

由以上讨论可知，V析出强化引起的强度增量取决于析出物的数量、粒子尺寸。

大量研究表明：VN钢中析出相不但数量多，而且粒子尺寸很小，这是VN钢强度提高的主要原因。

在钢的各种强化形式中，细化晶粒强化是最理想的强化手段。

同时，由于晶粒细化的作用，部分抵消了沉淀强化对塑、韧性的不利影响[12]。

1.4 生产工艺
HRB400钢筋生产工艺流程：铁水预处理→转炉冶炼→精炼→连铸机→轧制→打捆、包装、码垛[13]。

铁水必须经过脱硫预处理。

转炉生产中采用单渣工艺冶炼，做到全程化渣，炉渣碱度控制在2.8~3.2之间。

采用高拉补吹：控制终点目标[C]≥0.12%，[P]≤0.030%，[S]≤0.030%。

脱氧剂：复合脱氧剂1.0kg/t钢，钡系0.5kg/t钢。

钢水出到1/4时，加入锰铁、硅铁、VN合金，钢水出至3/4时加完。

采用挡渣塞、挡渣球挡渣出钢，挡好一次渣、二次渣，渣厚不大于70㎜。

出钢前应先在包底加入100kg全预熔合成渣。

精炼周期为5~30分钟，精炼过程中，当钢包进站时，依渣厚、渣况加入石灰200~500kg/炉钢进行造渣。

采用硅钙钡、复合脱氧剂进行扩散脱氧。

脱氧剂加入量：硅钙钡0.5~1kg/t钢、复合脱氧剂1~2kg/t钢。

出站前，顶渣应尽量做到白渣或黄白渣。

精炼过程渣和终渣碱度不低于2.5。

顶渣化好后，停电、大流量氩气搅拌1min，取第一个样进行成分分析，根据分析结果，进行成分微调。

钢水出站前，每炉喂入80m/炉硅钙线进行钙化处理，喂线之后，调整Ar流量进行软吹，软吹时间不低于6min，软吹时，要求钢包内渣面微动、钢液不裸露。

400MPa级热轧带肋钢筋不但对产品屈服强度和抗拉强度等指标有较高要求，而且还必须保证钢筋有良好的塑性和焊接性能，因此所选用材质是在20MnSi低合金钢基础上进行调整，[Si]含量按国标下限控制，[Mn]含量低于国标下限控制，化学成分设计见表1.6[14]。

表1.6 HRB400方坯熔炼成分控制要求(%)
项目 C Si Mn P S Ceq
内控0.18~0.25 0.30~0.60 0.80~1.20 ≤0.045≤0.045≥0.32
标准值0.22 0.45 1.00 ≤0.035≤0.035—
1.4.1 冶炼工艺流程
高炉铁水→氧气顶底复吹转炉→钢包吹氩站→小方坯连铸机→检查入库。

工艺要点[14]：
1)主要原材料及要求：硅锰合金、硅铁；铁水S≤0.07%。

2)终点：以拉碳法冶炼为主，用“锰硅合金+硅铁”合金化。

3)脱氧及合金化：硅钙钡+硅铝铁。

4)吹氩：采用钢包底吹氩以保证钢水成分均匀，吹氩时间不少于6min。

5)连铸：全程保护浇注，拉速控制在2.8~3.0m/min，杜绝出现裂纹坯。

1.4.2 轧制工艺流程
加热炉→高速线材轧机→水冷箱、吐丝机→散卷辊道→集卷器→打包机→成品库房。

(1)中间包钢水温度控制在1525~1540℃；
(2)稳定中包及结晶器钢水液位，中包液位不低于400mm，拉速在3.0m/min 以下[15]。

加热制度：
该课题研制的HRB400螺纹钢是属于20MnSiV系列，其中V含量控制在
0.025%~0.045%，V与C、N原子结合生成熔点很高的钒的碳氮化合物，为了达到钢坯成分、组织均匀化的要求，必须要有相当高的加热温度，才能使V的碳
氮化合物在加热时溶解至奥氏体中，使奥氏体均匀化，根据C≤0.25%的亚共析钢Fe-C平衡图可知，为防止过烧，最高温度应不高于1250℃，轧制时，为防止出现纤维组织，终轧温度应高于900℃；综合钢坯长度、断面积以、轧件变形抗力、加热炉的加热能力、轧制节奏等各方面因素，将加热温度制度控制在1050~1250℃之间，具体轧制过程工艺参数见表1.7。

表1.7 轧制过程工艺参数
加热温度进精轧温度吐丝温度辊道速度风量
1050~1250℃850±10℃900±10℃第一段0.45m/s，
以0.05m/s逐段
递增
开6台底吹风
机，风量全开
控温轧制：
在控制轧制过程中，适当降低轧制温度，开轧温度由传统的1150~1200℃降至980℃左右，粗轧、中轧过程按常规进行轧制，中轧机组的轧后温度为1000℃左右，使钢坯在较低的温度下进行粗轧、中轧以细化奥氏体晶粒。

控制冷却：
在预精轧机组与精轧机组之间进行控制冷却，将冷却水量和压力调整到一定的范围，使钢坯冷却到850℃左右，在奥氏体未再结晶区进行精轧，终轧后轧件温度在980℃左右，再次控制冷却到900℃左右吐丝。

晶粒细化可以使材料的强度和韧性同时得到提高，具体控冷工艺参数见表1.8。

表1.8 控冷工艺参数
轧制规格开轧温度吐丝温度辊道速度风量8mm 980℃900±10℃0.45m/s 开6台底吹风机实践表明：以这种工艺得到的钢筋晶粒度可达10级，钢筋屈服强度大于430MPa，抗拉强度大于580MPa。

1.5钒的合金化
钒的微合金化传统工艺使用钒铁合金，改进后使用VN合金。

VFe合金及VN合金主要元素含量见表1.9[16]。

表1.9 含钒合金主要成分
合金种类
元素含量%
V N C S P Si
FeV 54.600 —0.320 0.040 0.040 0.600 V-N 78.810 10.010 6.870 0.006 <0.005 0.081 从氧化物标准生成吉布斯能图(氧势图)，可知，转炉炼钢中常见元素在1650~1700℃条件下的氧化顺序为Ca>Al>C>Si>V>Mn>Fe。

可见，钒是一种比较容易被氧化的元素，而VN合金价格较高，如何提高钒的吸收率、降低VN合金加入量，是降低HRB400钢炼钢成本的关键问题。

1.5.1降低终点钢水氧化性
合金料吸收率的高低直接受钢水氧化性强弱的影响。

终点钢水氧含量越高，钢水氧化性越强，脱氧剂和合金料氧化得越多，VN合金吸收率也就越低，反之亦然。

因此，降低终点钢水氧含量是提高VN合金吸收率的重要措施。

一般来说，钢水中终点氧含量主要和终点碳含量有关，同时还和钢水温度、炉渣氧化性、炉气成分等有关。

一般情况下，钢中[O]含量主要受[C]含量的影响，其趋势是[C]含量高时[O]含量低，[C]含量低时[O]含量高。

当[C]>0.06%时，钢液中碳氧反应未达到平衡，其[O]含量受[C]含量控制。

所以，对低合金钢而言，提高终点碳含量、降低钢水氧化性，是提高VN合金收得率、降低HRB400钢炼钢成本的有效途径。

1.5.2 减少下渣量
一般情况下，炼钢厂终渣[FeO]含量在20%左右，氧化性较强；如果挡渣效果差，下渣量大，对钢水脱氧、合金料吸收率以及钢材质量都有很大的影响。

控制下渣量是提高钒铁合金(钒氮合金)吸收率的重要措施之一。

为了控制出钢过程下渣，主要采取了以下措施：
(1)出钢前，塞堵出钢口，防止出钢前期下渣；
(2)加挡渣球时要求时机准确、方法正确，提高挡渣效果、减少出钢后期下渣。

1.5.3 合金料加料顺序
为了防止钒过度氧化、吸收率降低，确定了合理的合金料加料顺序：电化焦→硅铝钡钙(总量的1/2)→硅锰合金→钒氮合金→硅铝钡钙(总量的1/2)。

1.6 碳化硅脱氧合金化
随着FeMn、FeSi资源日益紧张，其市场价格不断地上升，使得转炉炼钢成本逐步地提高，并且FeMn、FeSi合金的回收率受转炉操作的影响很大，转炉出钢量、终点温度、下渣量使得成品钢中的碳、硅含量波动较大，导致冶炼钢种成分不稳定，内控合格率低。

同时，传统的脱氧合金化工艺，合金品种多、数量大，并且增碳剂带入不少的伴生气体和夹杂，严重影响钢水质量，另外增碳剂粉尘大，作业环境差[17]。

1.6.1 碳化硅的加入方式
对于HRB400螺纹钢，出钢时将SiCaC40(kg/炉)加入钢包，钢水出至1/3时
加入FeSiMn合金，同时顺钢流逐袋将SiC加入钢包内。

1.6.2 碳化硅的理化指标
碳化硅合金中(SiC)在70%以下时，由于其中SiO2+Si游离较高，因而对钢中气体和夹杂物含量有一定影响，并可造成个别炉次的钢中T[O]和夹杂量大幅升高；而(SiC)在75%以上对钢中气体和夹杂物含量无明显影响。

而(SiC)品位高于90%以上，在经济上不合算。

另外SiC品位规格也不宜过多，否则给工艺配料、计算及合金管理带来不便。

为此提出了碳化硅合金的理化指标要求(见表1.10)。

表1.10 碳化硅质量分数和粒度
粒度
/mm SiC Si游离C游离P S H2O
82~88 4~10 ≤1.50≤0.05≤0.05≤0.50≤5 1.7国内生产HRB400低倍组织情况
广钢对热轧带肋钢筋表面纵向裂纹的成因进行了综合分析，发现HRB400螺纹钢表面出现纵向裂纹是由于出现连铸钢坯的角部裂纹、皮下气泡和夹杂等低倍组织造成的。

并对钢材进行检验分析，讨论了钢筋亚表层的夹杂物对钢筋纵向裂纹的影响并提出相应的改进措施[18]。

裂纹特点：总体上钢材表面存在的裂纹以纵向为主，与轧制方向夹角应不大于45°，有的锯齿裂纹和轧制方向约成45°角。

绝大多数裂纹在钢筋横筋月牙面上出现，裂纹数目从一条至相互平行的数条不等，裂纹深度长、短不一。

有的裂纹只是轻微伤及月牙，而严重的裂纹已深入到圆柱基体约1mm；有的裂纹长度只有一个月牙的宽度，间断出现，少数严重的裂纹会连续延伸至3~4m，见图1.1、图1.2。

图1.1 32mm热轧钢筋表面裂纹图1.2 25mm热轧钢筋表面裂纹
1.7.1铸坯内部缺陷
随机抽3条连铸钢坯，对其进行低倍检验，发现铸坯内部存在中心疏松、中心偏析、缩孔、角部裂纹、中间裂纹、中心裂纹、皮下气泡、非金属夹杂等缺陷(如图1.3~图1.5和表1.11)。

铸坯内部普遍的缺陷是中心偏析、缩孔、皮下气泡和非金属夹杂物，另有一个比较严重是出现铸坯角裂3级的缺陷。

从铸坯的内部质量看，比较典型缺陷为皮下气泡和非金属夹杂物；比较严重的缺陷为铸坯的角部裂纹。

图1.3 电炉坯碳钢图1.4 电炉坯铌钢
图1.5 转炉坯C钢
表1.11 连铸坯内部质量
编号中心
疏松
中心
偏析
缩孔
角部
裂纹
中间
裂纹
中心
裂纹
皮下
气泡
非金属
夹杂
1 1.5
2 1 ——— 2 1.5
2 — 1.5 0.5
3 — 1 1 1.5
3 — 1 0.5 — 2 — 2 2 1.7.2铸坯表面缺陷
随机抽5条钢坯，经过酸洗后发现：钢坯表面都存在气孔，气孔深约1~2mm。

其中3条钢坯气孔比较多，在表面约0.6m的长度上出现三团气孔簇，每团可数
气孔数目较多，有30~39个。

另外，还发现在2条钢坯上有夹杂(大小13mm×8mm)，夹杂处于钢坯的角部位置。

钢坯的表面出现角部裂纹最为突出，数量多、裂纹深、裂纹长，有的裂纹延伸长度至1070mm。

另外，还发现在铸坯表面有夹杂和夹渣被酸洗后留下的凹坑。

铸坯表面质量状况见图1.6~图1.8。

图1.6 铸坯表面的气孔图1.7 铸坯表面角部裂纹
图1.8 铸坯表面夹杂
钢坯的表面质量与内部质量有着紧密的联系，两者的检测结果都表明钢坯存在的主要质量问题是钢坯角部裂纹和气体导致的表面气孔和皮下气泡，另外拌有夹杂物出现。

电炉坯突出的质量问题是角部裂纹，转炉坯突出的质量缺陷是表面气孔。

对钢坯进行低倍检验、酸洗，发现钢坯的表面气孔、角裂和皮下气泡很严重，这是钢材表面裂纹形成的一个重要因素。

在轧制过程中，钢坯的表面成片的气孔簇所在部位和部分皮下气泡被加热氧化，出现轻微脱碳现象，延伸发展形成裂纹。

当轧制小规格时，裂纹可能轧合，但轧制大规格时，由于受压缩比的限制，裂纹轧合的几率会大大减少。

1.8HRB400螺纹钢缺陷
螺纹钢质量的优劣直接关系到国家经济建设的发展和人民生命财产的安全。

因此螺纹钢的质量控制非常重要，除了必要的化学成分和力学性能外，对表面质
量也有严格要求，要求表面不能有裂纹、结疤和折叠等缺陷[19]。

1.8.1 表面缺陷
螺纹钢表面经常会出现结疤、裂纹、折叠等缺陷。

结疤通常呈舌状、块状、鱼鳞状镶嵌在钢筋的表面，其大小、厚度不一，外形形式有闭合或不闭合、与主体相连或不相连、翘起或不翘起、单个或多个成片状等[20]。

螺纹钢表面裂纹多数与钢材表面垂直，产生裂纹的主要原因：铸坯皮下气泡、非金属夹杂物经过轧制破裂后暴露、铸坯本身的裂缝、拉裂未清除[20]。

转炉冶炼HRB400螺纹钢采用FeNb和FeV合金化，少数炉次铸坯出现少量横向裂纹。

在连铸过程中，铌微合金化钢的铸坯表层弥散易析出碳氮化铌、铌与其它元素的复合相，使晶体内硬化，在先共析铁素体带晶界上出现应力集中，加速了裂纹沿晶界萌生和扩展。

因此，铌微合金化钢的铸坯会有较明显的横裂纹敏感性[21]。

折叠与螺纹钢表面呈一定斜角。

一般呈直线状，也有锯齿状，通常断续出现在钢筋的表面。

产生折叠的主要原因是轧制不当[20]。

1.8.2 内部缺陷
钢材内部缺陷是钢在冶炼和浇注的过程中产生的冶炼缺陷，如偏析、非金属夹杂、气孔、缩孔等。

偏析是指化学成分在钢内的分布不均匀，特别是有害元素如硫、磷等在钢锭中的富集现象，非金属夹杂是钢中含有硫化物与氧化物等杂质。

缩孔是因钢液在钢锭模中由外向内、自下而上凝固时体积收缩，因液面下降，最后凝固部位得不到钢液补充而形成。

气孔是指氧化铁与碳作用生成的一氧化碳气体，在浇注时不能充分逸出而留在钢锭中的微小气孔。

研究表明：HRB400E螺纹钢的转炉终点钢样中主要是CaO-Al2O3复合夹杂物和Al2O3夹杂，及少量硫化物。

夹杂物尺寸基本在50以下。

吹氩前钢样大多是MnO-SiO2复合夹杂外包裹MnS夹杂物或CaO-Al2O3-SiO2复合夹杂物，同时发现硫化物大多是聚集形态出现，成条状或球形，粒径较小。

有部分MgO大型夹杂物出现。

吹氩后钢样与吹氩前钢样夹杂物类型相似，主要是MnO-SiO2或Al2O3-MnO-SiO2复合夹杂物。

类球形的MnS夹杂大量出现，尺寸较小，在3~6之间，大型夹杂物为Al2O3-MnO-SiO2。

中间包钢样主要是Al2O3-MnO-SiO2复杂硅酸盐，大量出现球形MnS夹杂，MgO大型夹杂物基本上浮排出。

夹杂物尺寸在2~25之间，大多数在10以下。

铸坯中主要以MnO-SiO2夹杂物为主，夹杂物数量少[22]。

新型微氮合金化工艺生产的HRB400E螺纹钢的铸坯具有良好的表面质量和内部质量，铸坯表面没有角部横裂纹和网状裂纹等缺陷，铸坯内部的角部裂纹、中间裂纹缺陷均控制在0.5级以内，中心疏松和中心偏析也控制在0.5级。