20MnSi螺纹钢筋脆断原因分析

钢筋直螺纹连接缺陷原因分析及防治措施
一、现象：
钢筋连接丝头外露丝扣不符合规范规定，接头处套筒未拧紧，连接套筒开裂等。

二、原因分析：
1）钢筋连接接头丝扣加工数量不够或过多，现场控制不严（如图12）；
2）施工人员不按要求操作，现场监督管理不到位，接头连接后未采用力矩扳手及时检查；
3）连接套筒质量不符合设计要求及规范规定。

三、防治措施：
1）严格控制钢筋接头丝扣加工质量，要求施工单位做好后台的交底和检查工作；
2）连接套筒规格必须与钢筋一致，材质应符合设计要求及规范规定；
3）检查钢筋接头质量时，根据钢筋规格抽查接头连接力矩拧紧值是否符合要求；
4）检查钢筋套筒连接型式检验报告，并做好过程中钢筋连接接头现场见证取样送检。

螺栓断裂原因分析及预防摘要：本文通过对失效螺栓及同批次的零件进行理化分析和无损检测。

对断裂件进行了宏观、微观断口观察、金相组织检查、硬度、化学成分、破坏拉力等一系列试验，经分析找出螺栓失效原因，并提出预防措施。

关键词：螺栓断裂回火脆化螺栓作为飞机上重要的紧固件，其发生断裂危害较大。

我厂修理过程中使用的螺栓主要为M4、M5、M6、M8和M10等规格，然而在某产品装配和停放过程中，某批次30CrMnSiA M8的螺栓先后发生脆性断裂。

引起工厂高度重视，因为螺栓发生脆断，不论是氢脆断裂，还是热处理造成的脆性断裂大都与“批次性”问题有关，涉及数量多，危害大，组织专业人员对螺栓在装配过程中及装配一段时间后发生断裂的原因进行了分析，并对后续的预防工作，提出了建议和方案。

1 宏观、微观检查对断裂螺栓进行宏观观察：发现断裂位置接近于第一扣螺纹处见（图1）。

断裂处螺纹表面未发现有明显的机械接触痕迹，如压坑、啃刀、划伤等表面缺陷，也未发现热处理表面烧蚀痕迹、螺纹变形等现象，没有局部麻点、剥蚀等缺陷。

断裂螺栓螺纹牙底呈线性起源，放射棱线粗大，断口附近无明显宏观塑性变形，断口齐平，呈暗灰色，断面粗糙，具有金属光泽（图2）。

图1断裂螺栓图2螺栓断口图3 螺栓整体形貌对裂纹断口进行观察，断口特征呈现以沿晶为主＋韧窝的混合断裂形貌，且断口源区未见冶金和加工等产生的缺陷。

对同批次的螺栓抽样进行了磁粉检测，在螺纹的根部没有发现表面或近表面裂纹，对螺栓进行X射线检测，也没有发现内部缺陷。

同批螺栓见图3。

2 材质检验2.1成份分析抽取同批次的螺栓去掉镀层后制取化学粉末，采用碳、硫联合测定仪对碳、硫含量进行了检测，利用QSN750光谱仪对其它元素进行了检测，结果见(表1)，螺栓的化学成分符合技术要求，但含碳量较高。

表1 化学成份检测结果表2.2 金相分析在靠近断口位置切取金相试样，镶嵌、磨抛、腐蚀后，显微镜对试样进行组织观察，螺栓显微组织为较粗大的回火马氏体（图4）。

钢材断裂基本原因分析大全用于各行业的钢材品种达数千种之多。

每种钢材都因不同的性能、化学成分或合金种类和含量而具有不同的商品名称。

虽然断裂韧性值大大方便了每种钢的选择，然而这些参数很难适用于所有钢材。

主要原因有：第一，因为在钢的冶炼时需加入一定数量的某种或多种合金元素，成材后再经简单热处理便可获得不同的显微组织，从而改变了钢的原有性能；第二，因为炼钢和浇注过程中产生的缺陷，特别是集中缺陷（如气孔、夹杂等）在轧制时极其敏感，并且在同一化学成分钢的不同炉次之间，甚至在同一钢坯的不同部位发生不同的改变，从而影响钢材的质量。

由于钢材韧性主要取决于显微结构和缺陷的分散（严防集中缺陷）度，而不是化学成分。

所以，经热处理后韧性会发生很大变化。

要深入探究钢材性能及其断裂原因，还需掌握物理冶金学和显微组织与钢材韧性的关系。

1. 铁素体-珠光体钢断裂铁素体-珠光体钢占钢总产量的绝大多数。

它们通常是含碳量在0.05%～0.20%之间的铁-碳和为提高屈服强度及韧性而加入的其它少量合金元素的合金。

铁素体-珠光体的显微组织由BBC铁（铁素体）、0.01%C、可溶合金和Fe3C 组成。

在碳含量很低的碳钢中，渗碳体颗粒（碳化物）停留在铁素体晶粒边界和晶粒之中。

但当碳含量高于0.02%时，绝大多数的Fe3C形成具有某些铁素体的片状结构，而称为珠光体，同时趋向于作为“晶粒”和球结（晶界析出物）分散在铁素体基体中。

含碳量在0.10%～0.20%的低碳钢显微组织中，珠光体含量占10%～25%。

尽管珠光体颗粒很坚硬，但却能非常广泛地分散在铁素体基体上，并且围绕铁素体轻松地变形。

通常，铁素体的晶粒尺寸会随着珠光体含量的增加而减小。

因为珠光体球结的形成和转化会妨碍铁素体晶粒长大。

因此，珠光体会通过升高d-1/2（d为晶粒平均直径）而间接升高拉伸屈服应力δy。

从断裂分析的观点看，在低碳钢中有两种含碳量范围的钢，其性能令人关注。

一是，含碳量在0.03%以下，碳以珠光体球结的形式存在，对钢的韧性影响较小；二是，含碳量较高时，以球光体形式直接影响韧性和夏比曲线。

20MnSi钢螺纹钢筋裂纹产生原因研究维普资讯第16卷第期包头钢铁学院学报Vo]．16 No．11997年3目JournalofRaotouUniversityofIronandSteelTechnology Mar．1997‘4烈20MnSi钢螺纹钢筋裂纹产生FN,因研究米国瑞挛空堂，。

●包头钢…铁设计研究院，包头 014010 …包头…钢铁学…院材料…科学一与工程系．、‘1●摘要研究了2OMnSi蠕坟钢帛弯裂毁趾朗金相组织、夹杂物械性能及tk,学成疗。

结果表明，魏氏组织丑夹杂物懦多是造成 20MnSi钢螺纹钢筋帛穹裂纹的主要原固，提出了预防措施．为实际生产提隹了磕据。

关键词嫦毁钢。

显微组织．裂纹前言螺纹钢筋是建筑上重要的金属材料．钢筋质量好坏，直接影响建筑物的质量．影响人民的生命安全为了检验建筑结构钢的塑性，要进行冷：试验但一部分钢筋在进行冷弯试验时出现了裂纹。

本文从物理、化学和机械性能等几方面进行了舒析，找出了裂纹产生的原因，提出了防止的办法。

1 试验材料及检验结果取某厂生产的规格为 ~25mm 的2E3N．I1t螺技钢的『《c进检验1．1 宏观检验观察不同炉号的20MnSi钢冷弯后自0试样，发现有横裂现象。

同一试洋多处产裂纹，在裂纹的附近没发现有深刀痕或伤情况，钢筋的筋谷上也没有发现有裂 Z源。

如图 1所示。

12 机械性能测定取不同炉号的20MnSi钢，进行机械性能测定，并与标准中要求的性能比较．结圉 1 2"1r 螺纹钢冷弯裂纹果如表 1所示。

可看出，强度、较高，Fig． 1 "lhecrackon cold―bendribbedsteelofZOM nSi延伸率 8较低。

1997一o1―08嘘到第一作者：男，42岁．工程师维普资讯米国瑞等：20M si钢螺纹钢筋裂纹产生原困研究 431．3 成分分析将试验钢进行化学成分分析，其结果如表 2所示。

发现Si的含量超过YB6--71，C和Mn的含量也在该标准范围的上限。

钢筋脆断产生的原因及控制措施造成钢筋脆断的原因大致可分为三类：1、钢坯中的夹杂物和气孔；2、铸坯本身有缺陷；3、金相组织有问题。

其产生原因及控制措施如下：一、钢坯中的夹杂物和气孔夹杂物分为外来夹杂和内生夹杂两种。

1、外来夹杂的来源有：涂料掉块、侵入式水口掉头、卷渣、中包结瘤引流；1.1涂料掉块产生原因：1、涂料质量差；2、超出正常使用寿命；3、涂料包修砌质量不过关；控制措施：1、督促使用质量符合要求的涂料；2、严格按规定控制涂料包使用时间，不得超时使用；3、加强修砌操作和管理，保证修砌质量；加强使用前的检查和确认。

1.2侵入式水口掉头产生原因：1、水口耐材耐侵蚀性能差；2、超出正常使用寿命；3、水口在搬运中被碰伤；4、铝碳质水口在烘烤时受热不均匀；5、烘烤时间不够。

控制措施：1、使用质量符合要求的水口；2、严格按规定控制水口使用时间，不得超时使用；3、加强搬运过程中的管理，避免被碰伤；4、改进水口烘烤器使其受热均匀；5、加强水口烘烤的管理，必须烘够规定的时间才能使用。

1.3卷渣产生原因：1、中包液面控制过低；2、浇钢时未及时捞出渣圈；3、结晶器液面控制波动过大；4、结晶器保护渣加入不当。

控制措施：1、严格控制中包液面，不得低于300mm；2、及时捞渣圈；3、稳定拉速，不得波动太大；4、加强塞棒控流操作；5、规范结晶器保护渣加入。

1.4中包结瘤引流产生原因：1、中包液面控制过低导致中包温度过低；2、温度测高，拉速过低；3、钢包到站温度过低； 5、中包调温过猛，调温废钢块度过大；4、钢水中的夹杂物聚集长大堵塞水口。

控制措施：1、严格控制中包液面；2、规范测温操作，注意拉速与温度的匹配；3、严格控制冶炼钢包调温和终点温度；4、规范调温操作，使用符合规定块度的调温废钢；5、保证吹氩时间，严格执行脱氧合金化制度。

2、内生夹杂的来源有：吹氩时间不够、中包烧氧。

2.1吹氩时间不够产生原因：1、单炉生产或重叠生产中转炉产生的突发事故(氧枪漏水、炉开漏水等)；2、终点温度控制低导致出钢后大包钢水温度低；3、钢包包况异常未及时通知炉前导致温降大；4、连铸拉速控制过快导致冶炼钢水跟不上。

钢材断裂基本原因分析大全用于各行业的钢材品种达数千种之多。

每种钢材都因不同的性能、化学成分或合金种类和含量而具有不同的商品名称。

虽然断裂韧性值大大方便了每种钢的选择，然而这些参数很难适用于所有钢材。

主要原因有：第一，因为在钢的冶炼时需加入一定数量的某种或多种合金元素，成材后再经简单热处理便可获得不同的显微组织，从而改变了钢的原有性能；第二，因为炼钢和浇注过程中产生的缺陷，特别是集中缺陷（如气孔、夹杂等）在轧制时极其敏感，并且在同一化学成分钢的不同炉次之间，甚至在同一钢坯的不同部位发生不同的改变，从而影响钢材的质量。

由于钢材韧性主要取决于显微结构和缺陷的分散（严防集中缺陷）度，而不是化学成分。

所以，经热处理后韧性会发生很大变化。

要深入探究钢材性能及其断裂原因，还需掌握物理冶金学和显微组织与钢材韧性的关系。

1. 铁素体-珠光体钢断裂铁素体-珠光体钢占钢总产量的绝大多数。

它们通常是含碳量在0.05%～0.20%之间的铁-碳和为提高屈服强度及韧性而加入的其它少量合金元素的合金。

铁素体-珠光体的显微组织由BBC铁（铁素体）、0.01%C、可溶合金和Fe3C 组成。

在碳含量很低的碳钢中，渗碳体颗粒（碳化物）停留在铁素体晶粒边界和晶粒之中。

但当碳含量高于0.02%时，绝大多数的Fe3C形成具有某些铁素体的片状结构，而称为珠光体，同时趋向于作为“晶粒”和球结（晶界析出物）分散在铁素体基体中。

含碳量在0.10%～0.20%的低碳钢显微组织中，珠光体含量占10%～25%。

尽管珠光体颗粒很坚硬，但却能非常广泛地分散在铁素体基体上，并且围绕铁素体轻松地变形。

通常，铁素体的晶粒尺寸会随着珠光体含量的增加而减小。

因为珠光体球结的形成和转化会妨碍铁素体晶粒长大。

因此，珠光体会通过升高d-1/2（d为晶粒平均直径）而间接升高拉伸屈服应力δy。

从断裂分析的观点看，在低碳钢中有两种含碳量范围的钢，其性能令人关注。

一是，含碳量在0.03%以下，碳以珠光体球结的形式存在，对钢的韧性影响较小；二是，含碳量较高时，以球光体形式直接影响韧性和夏比曲线。

螺栓断裂原因分析及预防
一般情况下，分析螺栓断裂从以下四个方面着手：螺栓的质量，螺栓的预紧力矩，螺栓的强度，螺栓的疲劳强度。

1、实际上，螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。

因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，我们总能从疲劳强度上找到原因。

实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。

2、螺纹紧固件的松动不是由于螺栓的疲劳强度：
螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。

换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。

3、螺纹紧固件损坏的真正原因是松动：
螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。

受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。

受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。

综上所述：选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在。

櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～测试与分析櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～收稿日期：２０２０ ０３ １１作者简介：李雪峰（１９７２—），男，河南洛阳人，高级工程师，主要从事金相分析和失效分析工作。

联系电话：１３５２５４０４４３６２０ＭｎＳｉ螺纹钢表面开裂原因分析李雪峰１，２，袁晓冬１，张先锋１，夏申琳１（１．洛阳船舶材料研究所，河南洛阳４７１０２３；２．河南省船舶及海工装备结构材料技术与应用重点实验室，河南洛阳４７１０２３）摘　要：２０ＭｎＳｉ钢制直径１２ｍｍ的螺纹钢表面出现大量裂纹。

对开裂的螺纹钢进行金相检验、化学成分分析和能谱分析，以揭示其开裂的原因。

结果表明：螺纹钢的化学成分和显微组织均符合要求，但表面裂纹中有密集的夹渣，是没有清除干净残留在坯料中的保护渣。

螺纹钢开裂是夹渣在轧制过程中暴露到表面所致。

关键词：螺纹钢；裂纹；非金属夹杂物；夹渣中图分类号：ＴＧ１１５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００８ １６９０（２０２０）０３ ００５２ ０３ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣａｕｓｅｓｏｆＳｕｒｆａｃｅＣｒａｃｋｉｎｇｏｆ２０ＭｎＳｉＳｔｅｅｌＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＢａｒＬＩＸｕｅｆｅｎｇ１，２，ＹＵＡＮＸｉａｏｄｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＸｉａｎｆｅｎｇ１，ＸＩＡＳｈｅｎｌｉｎ１（１．ＬｕｏｙａｎｇＳｈｉｐＭａｔｅｒｉａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０２３，ＨｅｎａｎＣｈｉｎａ；２．ＨｅｎａｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＳｈｉｐｓａｎｄＭａｒｉｎｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０２３，ＨｅｎａｎＣｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｒａｃｋｓａｐｐｅａｒｅｄａｔｓｕｒｆａｃｅｏｆ１２ ｍｍ ｄｉａｍｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂａｒｍａｄｅｆｒｏｍ２０ＭｎＳｉｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅｃｒａｃｋｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂａｒｗａｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｔｅｓｔ，ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｔｏｄｉｓｃｏｖｅｒｔｈｅｒｅａｓｏｎｗｈｙｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂａｒｃｒａｃｋｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄ，ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｌｌｃｏｎｆｏｒｍｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｅｎｓｅｓｌａｇｉｎｃｌｕｓｉｏｎｗｈｉｃｈｗａｓａｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇｓｌａｇｎｏｔｂｅｉｎｇｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙｒｅｍｏｖｅｄｔｈｕｓｒｅｍａｉｎｉｎｇｉｎｔｈｅｂｉｌｌｅｔｗｅｒｅｆｏｕｎｄｔｏａｐｐｅａｒｉｎｔｈｅｃｒａｃｋ．Ｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂａｒｃｒａｃｋｉｎｇｓｔｅｍｍｅｄｆｒｏｍｅｘｐｏｓｕｒｅｏｆｔｈｅｓｌａｇｉｎｃｌｕｓｉｏｎｔｏｉｔｓｓｕｒｆａｃｅｄｕｒｉｎｇｒｏｌｌｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂａｒ；ｃｒａｃｋ；ｎｏｎ ｍｅｔａｌｌｉｃｉｎｃｌｕｓｉｏｎ；ｓｌａｇｉｎｃｌｕｓｉｏｎ０　引言螺纹钢是广泛使用的建筑材料，其质量直接影响建筑物的质量。

螺纹钢热处理后脆断的原因-回复螺纹钢是一种常见的建筑钢材，广泛应用于建筑、桥梁、公路等领域。

热处理是一种常用的钢材加工方法，通过控制材料的温度和时间来改变其物理性能。

然而，有时螺纹钢在热处理后会出现脆断现象，这严重影响了其使用效果。

本文将以螺纹钢热处理后脆断的原因为主题，一步一步回答该问题。

首先，我们需要了解螺纹钢的热处理过程。

螺纹钢的热处理通常包括两个步骤：加热和冷却。

加热过程中，螺纹钢被加热到临界温度以上，使其晶粒长大，晶界和位错运动增强。

冷却过程中，螺纹钢被快速冷却，使其晶粒细化，晶界和位错运动减弱。

这样，螺纹钢的硬度和强度都可以得到提高。

然而，螺纹钢在热处理后脆断的原因主要有以下几点：第一，过高的加热温度。

如果螺纹钢在热处理过程中加热温度过高，就会导致晶粒的长大速度过快，晶界和位错运动过度增强。

这样一来，螺纹钢的晶粒度就会过大，晶界的连续性变差，从而导致材料的韧性降低，容易出现脆断现象。

第二，过快的冷却速度。

螺纹钢的热处理过程中，冷却速度是一个非常重要的参数。

如果螺纹钢的冷却速度过快，就会导致材料的晶粒过细，晶界和位错运动减弱。

这样一来，螺纹钢的强度虽然提高了，但其韧性却降低了，容易导致脆断。

第三，热处理过程中的应力。

热处理过程中，螺纹钢的晶粒和晶界都发生了变化，从而导致了内部应力的产生。

如果这些应力没有得到合理的释放，就会在螺纹钢使用过程中累积起来，从而导致螺纹钢的脆断。

第四，材料的化学成分。

螺纹钢的化学成分也会影响其热处理后的性能。

一些杂质元素的含量过高，会导致螺纹钢的晶界变差，从而降低材料的韧性，容易产生脆断。

综上所述，螺纹钢在热处理后脆断的原因主要有过高的加热温度、过快的冷却速度、热处理过程中的应力以及材料的化学成分等。

因此，在进行螺纹钢的热处理时，需要严格控制加热和冷却的温度、时间和速度，合理释放内部应力，并确保原材料的化学成分满足要求。

只有这样，才能有效避免螺纹钢在热处理后出现脆断现象，提高螺纹钢的使用效果。