精品建材典型质量问题分析
房金乐
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发布日期:2017-12-11    作者:房金乐    来源:陕钢集团“绿色精品建材”专题研讨会论文集    
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精品建材典型质量问题分析

房金乐

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摘要:介绍了汉钢公司近年来建材生产过程中遇到的典型质量问题,经理论分析后提出改进措施。本文就高强度钢筋存在的力学性能不合格问题及螺纹钢的锈蚀、切分轧制钢材表面折叠等问题进行简要说明,解决了一些产品实际问题,提高了禹龙钢材的品牌效益。

关键字:抗震钢筋;强屈比;屈服平台;钢材锈蚀;冷却速率;切分轧制;锚杆钢;不圆度

 

1.引言:

质量是企业生存的基础,是生产力水平的综合反映,企业应该强抓科技创新,技术改造,工艺优化,增强全员的质量意识来提高产品质量。用好的产品去赢得市场、占有市场,用高质量的产品去打造自己的品牌,建设质量一流的高新技术强企。

2.精品建材质量方面存在的问题

2.1表面缺陷

建筑钢材的表面缺陷主要包括:折叠、划痕、结巴、耳子、麻面、裂纹、错辊、凹坑、分层等。表面缺陷不仅影响钢才外观质量,而且容易引起锈蚀,诱发钢材断裂,影响钢材的使用性能及品牌效益。由于多年来生产经验的积累及现场操作水平的提高,工人在遇到以上表面问题都能快速有效的解决,保证了产品的质量。

2.2内部组织及缺陷

建筑钢材内部组织及缺陷主要通过低倍组织、金相组织和气体分析,主要检测钢材中的正常组织(铁素体、珠光体等)及有害组织(马氏体、魏氏组织等),钢材晶粒度,钢材中气体含量及夹杂物。组织决定性能,当建筑钢材出现组织缺陷,其使用性能将大幅降低,甚至产生判废。

3.建筑用材的几个典型问题及解决措施

结合汉钢公司近几年的生产情况,现就将轧钢生产中遇到的几个典型问题进行分析,提出有效的改进措施,经生产实践验证,产品质量得到了稳步提升。

3.1 HRB500E小规格盘螺无屈服平台问题分析

2015年,汉钢公司开始试验生产HRB500E盘螺,规格包括Φ6Φ8、Φ10、Φ12。其中Φ6Φ8规格在力学性能检测时其应力应变曲线容易出现无屈服平台现象。

为此,技术人员结合检验结果,分析了其产生的原因并且提出了一系列解决措施,经过现场实践,取得良好效果,有效的解决了这一产品质量问题。

3.1.1钢材的金相检验结果

如图所示,试样组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏体。

计量检验中心对无屈服平台的HRB500EΦ6盘螺进行了金相分析,发现无屈服平台的钢材均存在粒状贝氏体

3.1.2.粒状贝氏体组织性能分析

经金相检验分析,无屈服平台盘螺组织中出现了大量粒状贝氏体,其形成温度一般在上贝氏体形成温度以上和奥氏体转变为贝氏体最高温度以下的温度范围,其组织特征是在大块状或针状铁素体内分布着一些颗粒小岛,这些小岛可以分解为铁素体和碳化物形成珠光体,可以转变为马氏体,也可以以残留奥氏体的形式保留下来,无论怎样,这些小岛的分解均可以起到第二相强化作用。随着小岛的数量增加,钢材的强度增大,塑性降低。

一些研究工作表明,大多数结构钢,无论C曲线形状如何,无论是连续冷却还是等温冷却,只要冷却过程控制在一定范围内,都可以形成粒状贝氏体,其组织形式也是多种多样。

3.1.3.粒状贝氏体生成的原因

1.冷却工艺影响。

研究表明,盘螺在风冷过程中终冷温度低于550℃或冷却速率大于12/s时容易产生粒状贝氏体。

2.钢坯中化学元素的影响。

钢材的化学成分中,其中CMn元素的含量对贝氏体的形成有很大影响。Mn在钢材中溶于铁素体和渗碳体中起到固溶强化作用。亚共析钢中随着CMn元素含量的增加,使C曲线右移,提高过冷奥氏体的稳定性,结果使钢在奥氏体化后在连续冷却的条件下容易产生贝氏体。研究表明 (C+Mn)/61.6%时易出现贝氏体组织。

3.1.4工艺改进措施及实施效果

3.1.4.1降低钢材的冷却速率,提高钢材的终冷温度

汉钢公司对风冷线工艺进行改进,首先,将开启的前三架风机现全部关闭,风冷线辊道速度提高10%,加速度大于6m/s²,快速收集后立马堆垛,减缓钢材的冷却速率;其次,风冷辊道从第四段末加盖保温罩,钢材进保温罩温度保持在700℃左右,此温度在粒状贝氏体转化温度550℃以上,通过关闭风机,加快辊道速度及加盖保温罩,可以有效的降低钢材在进保温罩前后的冷却速率,确保冷却速率小于12/S,同时提高钢材的终冷温度,杜绝钢材中粒状贝氏体组织的产生。

3.1.4.2钢坯化学成分优化

HRB500EΦ6、 Φ8线材成分优化采取 “提VMn”的思路,V元素具有细化晶粒,对提高钢材强度效果明显。将Mn含量由1.45%降至1.35%V由原来的0.040%提至0.050%

3.1.4.3工艺优化后钢材质量情况

通过生产工艺的优化,后续生产的HRB500EΦ6,、Φ8盘螺在力学性能试验中,应力应变曲线出现明显的屈服平台,各项性能检测均合格,金相检测结果显示再无粒状贝氏体产生。

3.2HRB500E螺纹钢抗屈比不合问题分析

2014年,汉钢公司开始试验生产HRB500E棒材,规格范围Φ12-Φ40。在试验阶段,HRB500E棒材存在的突出问题为抗屈比不合格,技术人员通过优化轧制工艺,成功的解决了此问题。

3.2.1 现场试验总结

生产实践中发现,随着加热炉温度的上升,HRB500E棒材的抗屈比也随之提高。发现这一特点之后,现场将加热炉均热段温度由1080℃升高至1180-1200℃,工艺改进后经检验,钢材的各项力学性能指标均达到要求。

3.2.2理论分析

经分析,提高加热炉温度,适当延长加热时间,增大钢坯原始晶粒度,并提高轧制温度及钢材上冷床温度,使钢材晶粒度变大。钢材的晶粒度变大后,屈服强度明显降低,但对钢材的抗拉强度影响较小。进而提高了钢材的抗屈比。

3.2.3工艺优化

根据以上分析,现场将加热炉均热段温度由1080℃升高至1180-1200℃,工艺改进后,钢材的各项力学性能指标均达到要求。

3.3建筑用材的锈蚀问题探索

20162月,经韩城公司反映,我公司生产的部分HRB400E螺纹钢出现外观锈蚀问题。根据集团公司安排,汉钢公司组织对钢材外观锈蚀问题进行调查,经过理论分析,总结出产生锈蚀的原因并且优化了生产工艺,及时有效的解决了 HRB400E螺纹钢的锈蚀问题。

 3.3.1钢材外观锈蚀情况

经过对勉县附近的钢材库房进行了查看,发现我公司生产的部分HRB400E螺纹钢户外堆放15-20天,期间勉县地区雨天较多,放置在表层的钢材不同程度均出现外观锈蚀。

 

3.3.2内部自查情况

根据这一情况,技术人员对当天生产的Φ22规格螺纹钢进行了锈蚀试验。取当日生产钢材,侵水后放置至空气中,数小时后,钢筋外观出现锈蚀痕迹。

3.3.3实验分析

通过介绍酒钢钢铁研究工作站对螺纹钢的锈蚀实验,分析钢材的锈蚀问题。

HRB400EΦ25规格螺纹钢室温下,5% NaCl盐雾条件下锈蚀,比较不同冷却强度下,螺纹钢筋锈蚀的差异性和同一冷却工艺条件下,新旧轧槽生产的钢筋表面锈蚀的差异性。

试验过程:

1.取样

第一组对比样

取样日期

取样

地点

取样

牌号

取样

规格

取样位置

取样数量

试样

加工长度

取样钢筋

上冷床温度

311

翼钢公司

HRB400

Φ25mm

定尺剪处

8

锯切成150mm

690℃左右

311

酒钢本部

定尺剪处

8

810℃左右

试样用做不同冷却强度下的钢筋侵水锈蚀对比试验。

第二组对比样

取样日期

取样

地点

取样

牌号

取样

规格

取样位置

取样数量

试样

加工长度

取样钢筋工艺条件

314

翼钢

棒线

HRB400

Φ25mm

定尺

剪处

8

锯切成150mm

旧轧槽(轧槽过钢量为1300吨)、上冷床温度810℃左右

8

新轧槽、上冷床温度810℃左右

试样用做不同表面质量的钢筋侵水锈蚀对比试验。

2.开始试验:

1315日对翼钢和酒钢本部棒线在不同冷却强度下生产的Φ25mm HRB400E8组(每组翼钢、本部各一支)进行5% NaCl盐雾试验。分别对盐雾后15分钟、30分钟、70分钟、130分钟、250分钟、8小时、22小时、26小时钢筋的锈蚀情况进行拍照和比对。

2315日对翼钢公司棒线在不同新旧轧槽下生产的Φ25mm HRB400E

8组(每组新轧槽、旧轧槽各一支)进行5% NaCl盐雾试验。分别对盐雾后15分钟、30分钟、70分钟、130分钟、250分钟、8小时、22小时、26小时钢筋的锈蚀情况进行拍照和比对。

试验结果:

(1). 在不同冷却强度下,生产的螺纹钢盐雾试验对比结果:

(试验前试样)              (盐雾250min后)

{C}  {C}{C}{C}{C}盐雾初期,两种冷却工艺下螺纹钢均开始产生锈蚀点。上冷床温度较

高的酒钢本部螺纹钢锈蚀点产生于钢筋横肋的一个侧面棱上;而强冷工艺下翼钢生产的螺纹钢锈蚀点产生于横肋顶面,且基圆上也隐隐约约产生锈蚀点。强冷工艺下螺纹钢锈蚀点更多一些。

②随着盐雾时间的增加,钢筋的锈蚀主要自锈蚀点在横肋上逐渐扩散。其中酒钢本部上冷床温度较高产品自横肋一个侧面的根部扩散,基圆上基本无锈蚀;强冷工艺翼钢产品锈蚀自横肋的顶部扩散,基圆上的锈蚀同时产生并快速蔓延。

(2). 在同一冷却强度下,新旧轧槽生产的钢筋盐雾试验对比结果:

(试验前试样)

(盐雾250min后)

{C}  {C}{C}{C}{C}随着盐雾时间的增加,明显可以看出,旧轧槽比新轧槽生产的螺纹钢

锈蚀情况明显严重。

试验结论

1)轧后水冷强度是钢筋锈蚀的直接影响因素。轧后水冷越强,钢筋越易产生锈蚀,且锈蚀发展速度也越快。

2)钢筋锈蚀与钢筋表面质量有密切关系,表面越粗糙越易形成锈蚀点并进一步扩散,造成钢筋整体表面锈蚀。

3.3.4金相检测及理论分析

1)不同冷却强度下钢材表面金相组织对比

(上冷床温度810℃左右钢材表面组织)

(上冷床温度700℃左右钢材表面组织)

注:氧化膜照片中红色为Fe2O3; 黑绿色及黑色部分为Fe3O4

{C}  {C}{C}{C}{C}从氧化层厚度看,两种冷却工艺下产品氧化层厚度都不太均匀,酒钢本部

产品氧化层厚度略大于翼钢产品,但总体差别不大。

②从氧化层表层组相看,弱冷工艺下生产的螺纹钢氧化层表层由Fe2O3(图片中红褐色部分)和Fe3O4(图片中黑绿色)组成,;而强冷工艺下产品表面氧化层表层全部为Fe3O4,未见Fe2O3

2)理论分析

1、强冷工艺下螺纹钢锈蚀的主要原因是其钢筋氧化层组成相全部为Fe3O4,没有Fe2O3生成。一般来讲,碳钢氧化层较为固定,通常由三层组成,即最外层的Fe2O3、中间的Fe3O4及与基体相连的FeO。但随着不同氧化条件的变化,氧化铁皮的组成相也会发生变化,但各层的形貌特征较为固定。FeO层疏松,有较大的孔洞,Fe3O4层相对致密,但也有较多的缺陷和空隙,Fe2O3层最致密,但厚度极薄。

因此,理论可以解释为什么强冷工艺下螺纹钢锈蚀发展速度高于酒钢本部产品,其主要原因可能是因为其氧化层组成相为Fe3O4+FeO,这种氧化层本身的“疏松、较大的孔洞、较多缺陷和空隙”的性质造成产品容易被锈蚀并迅速扩散和蔓延,而弱冷工艺下螺纹钢筋由于氧化层中存在一定量的致密的Fe2O3,一定程度上阻止了部分锈蚀的扩散,宏观上表现为在同一环境和时间内其锈蚀程度要轻得多。

2、轧后高强度冷却是造成螺纹钢筋氧化层没有形成致密的Fe2O3的主要原因。

这来自两方面的因素,一是强冷后氧化层形成温度较低。据资料介绍,钢在温度900以上、氧化气体较多时,铁将迅速被氧化,Fe2O3可以在高温下迅速形成,这时氧化铁皮除Fe2O3外,将不出现FeO,并开始在钢材表面形成Fe2O3单独一层。低于900时,氧化层中基本不产生Fe2O3,氧化层由1020%Fe3O48090%FeO组成。当温度低于600时,氧化铁皮形成已停止。

成品钢筋上的氧化层主要是在轧后穿水,尤其是上冷床后的时间内形成的。强冷工艺下螺纹钢上冷床温度约为700左右,远远达不到Fe2O3的形成温度900 ,因此其氧化层主要由Fe3O4FeO组成。弱冷工艺下螺纹钢上冷床温度在810左右,监控显示瞬时温度有840甚至更高的情况,这时不排除钢筋基体中某些位置的局部温度达到900以上,上冷床温度在810℃左右螺纹钢筋表面氧化层存在少量的Fe2O3的。

轧后高强度冷却造成螺纹钢筋氧化层没有形成致密的Fe2O3的另一因素是强冷过程由于水压较大,大大降低了穿水过程中螺纹钢的环境氧分压,即水中氧含量大大减少。

3、造成螺纹钢更容易锈蚀的一个次要原因是钢筋的表面光洁度。相同的生产工艺下,新的轧槽生产出钢筋表面光洁度高于旧轧槽,表面光洁度高的其耐腐蚀性更强。

3.3.5生产工艺改进

经追查,本次短期内产生锈蚀的钢材为棒线穿水设备改造后生产,设备改造后在同等水量水压的条件下,穿水设备冷却能力增强,钢材上冷床温度降低至680-710℃,钢材性能提升,降低钢坯中合金成分,降低吨钢成本,提高产品效益。

工艺改进措施:

1)将螺纹钢上冷床温度进行调整,由原来的680-710℃提升至780-810℃,并在28规格上进行了试验。经检验,钢材组织边部出现回火索氏体组织,未出现马氏体等有害组织。

2)严格控制K1架生产过钢量,及时换辊换槽,成品架尽可能的使用高硼钢高强度的耐磨轧辊,提高钢材表面光洁度,增强抗腐蚀能力。

3.4棒材切分轧制的折叠问题

3.4.1钢材切分轧制折叠产生的原因

产品表面折叠产生的直接原因为切分后轧件的切分带过大,在此后的轧制中压折在表面未能焊合所致。影响切分后轧件切分带过大的因素主要为切分孔型的切分楔宽度太大、切分轮轮缘磨损超标等。

3.4.2解决措施

1.切分孔型修改。技术人员在经过分析后首先对切分孔型进行了改造,减小了切分楔的宽度(即减小R),同时利用在停轧期间测量切分架次上下槽切分楔间隙的办法及时把握该处磨损程度。

2.增强岗位工的产品质量意识。发现磨损严重及时更换切分导卫,切分轧制过程中切分轮的分钢主要依靠其轮缘的挤压对其水平方向的分力把切分成型后的轧件分开,因此切分轮磨损最严重的部位在切分轮轮缘处,及时更换切分导卫是解决了切分带折叠成品缺陷的又一措施。

3.及时更换备品备件,保证轧机刚性。轧机在使用过程中因检修不及时或备件的磨损其刚性在不断衰减,加之冷却水腐蚀性强,轧线备件腐蚀快,轧机刚性下降速度快。直接导致个别架次轧件咬入困难,料型难控制,料形的变化即会导致切分过程中多线尺寸不一致,造成切分轧制后产品几何尺寸难以控制。

3.5锚杆钢不圆度问题的解决措施

3.5.1存在的主要问题

汉钢公司2016年开始开发生产锚杆钢,规格包括Φ18mmΦ20mmΦ22mm,开发期间存在的突出问题为锚杆内径不圆度超标且不稳定。

3.5.2解决措施

1.对精轧成品架孔型进行修改,以锚杆钢Φ18mm为例主要分两个阶段。

第一次试轧时,采用切线扩张作图。试轧调试过程,开始内径两旁偏大,调整后,上下、两旁基本接近,但辊缝处有耳子痕迹,过渡不平滑,不圆度超标(过渡不平滑处,不圆度超标)。

切线扩张的孔型图及成品孔型设计参数如下:

R

s

r

θ

Bk

9.07

1. 6

1

30°

18.79

第二次工艺改进时,为解决过渡不平滑问题,采用双圆弧扩张进行成品孔型设计。

双圆弧扩张设计后,辊缝处耳子痕迹,过渡不平滑问题基本解决。重点围绕如何提高不圆度问题。

经生产实践总结,θ为30°,r0.5-1mm时,R1/R1.32附近(1.27-1.37之间),钢材不圆度最好。

R1/R偏大(大于13.7以上)时,将会使轧件无法充满轧槽,或使钢材两旁尺寸超标导致不圆度超标;当R1/R小于1.27时,不利于轧件顺利托槽,同时也会导致钢材上下尺寸过大进而使钢材不圆度超标,严重时将导致外观产生耳子。

R1/R1.32附近时,锚杆不圆度最好控制。

双圆弧扩张的孔型及成品孔型设计参数如下:

R

R1

s

r

θ

Bk

R1R

9.07

12.45

1.36

0.5

30°

18.59

1.373

经孔型修改后,锚杆钢外观质量合格,外观不圆度尺寸控制在0.3mm以内,产品质量大幅提升,经彬长试用后,认为达到建邦、石横质量水平。

2.精轧机采用双排多辊式导位。双排导位更加准确地将轧件送入轧机,提高成品的尺寸精度,降低了轧件及导位本身的振动,提升了整体的钢材外观质量,提高了产品质量稳定性。轧线因成品尺寸问题停机时间明显减少,作业率、成材率明显提升。

3.成品架轧机采用高强度耐磨轧辊。目前,高硼钢耐磨轧辊在锚杆钢的生产中投入使用,通过实践应用,高硼钢轧辊料型稳定、轧槽磨损小,成品精度高,节省了大量的换辊换槽时间,有效的提高了生产作业率。因此使用高硼钢轧辊将大大降低轧辊消耗,有效的减少了精轧机组的生产工艺故障,对锚杆钢的节能降耗及提升产量、质量和效益发挥重大作用。

4.  结语

产品质量是产品的生命线。近几年,汉钢公司注重依靠科技进步,提升产品质量档次,打造精品建材,先后组织研究钢材无屈服平台、抗屈比不达标、易锈蚀、锚杆钢不圆度超标、钢材外观等质量问题,提升了产品质量,各项指标不断进步,为汉钢公司实现产追赶超越目标提供了有力支撑。

 

参考文献

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