摘要：通过用金相、扫描电镜等方法观察得出，钒氮微合金化热轧带肋钢筋肋部主要由细小的铁素体晶粒、片层较细的珠光体和少量离异珠光体组成；其基体组织是沿钢筋纵向呈明显条带状分布的铁索体和珠光体。同时，定量测量了铁素体条带密度、铁素体晶粒尺寸、珠光体体积分数及其片层间距沿径向的分布情况，并分析了铁素体晶粒尺寸和珠光体体积分数在芯部反常分布的原因。

关键词：带肋钢筋；微合金化；纤维状组织；组织分布特征

1前言

    日本阪神大地震后发现，建筑物中用焊接法连接的带肋钢筋基本在焊接处断裂。另外，由于500MPa级以上的带肋钢筋需进行热处理，不能直接用焊接法连接，因而该法受到挑战，机械连接的有关技术准备提上日程。机械连接如螺纹连接时，必须对钢筋端部进行加工。为保证钢筋结构整体力学行为不因之受损，连接接头设计需以钢筋力学性能沿径向的变化为依据。本文探讨了钒氮微合金化热轧带肋钢筋径向组织特征，旨在今后对其力学性能沿径向的变化规律做出说明。

2试验条件

2．1试验材料

    试验所用材料的化学成分：0．26％C，0．50％Si，1．43％Mn，0．034％S，0．021％P，0．03％Cr，0．04％V，0．0094％N。试样从钒氮微合金化热轧Φ25mm带肋钢筋上选取。该钢筋轧后采用穿水冷却工艺，水压为1MPa，水量为350m³／h。该钢筋内径为Φ23．9mm，横肋为月牙肋，肋高2．1mm，肋宽1．5mm；横肋与轴向夹角β为60⁰，肋间距为13．2mm；横肋末端最大间隙为6．4mm。

2．2试验方法

    为探讨热轧带肋钢筋径向组织特征，取样3支，用线切割法截取包括横肋最高点在内的钢筋纵截面和横截面，在金相显微镜及扫描电镜下进行组织观察。并利用有关金相图像分析软件、绘图软件等分析钢筋径向组织的分布特征。

3试验结果

3。1钢筋的金相组织

3．1．1肋部组织

    钢筋肋部主要由细小的铁素体晶粒、片层较细的珠光体和少量离异珠光体组成，见图1。

3．1．2基体组织

    基体的主要组织是铁素体和珠光体，但比肋部组织较粗大。纵截面上铁素体晶粒为等轴状且与珠光体共同沿钢筋纵向形成明显的条带状分布，见图2。综合分析可以看出，珠光体具有纤维状特点，但与板材中的带状组织明显不同。为对照金相观察结果，以下使用“条带状”术语加以说明。

3．2钢筋径向微观组织分布特征

3．2．1铁索体晶粒沿径向的分布

    从钢筋边部至芯部，沿径向铁素体晶粒尺寸呈逐渐增大趋势；边缘晶粒约6．5μm，芯部附近晶粒约8．5μm，芯部又减至约6．1μm，见图3。

3．2．2珠光体体积分数沿径向的分布

  在钢筋边缘部分，由于轻微脱碳，珠光体体积分数较低，为36．5％。在钢筋芯部由于碳偏析，珠光体体积分数较高，约为70．3％。在其他部位，珠光体体积分数沿径向变化不大，约为39％，见图4。

3．2．3珠光体片层间距沿径向的变化

    除钢筋基圆边部外，沿钢筋径向珠光体片层间距变化不大：芯部珠光体片层间距为0．21μm左右，距钢筋芯部6mm处为0．19μm左右，钢筋边部则为0．16μm左右，见图5。 

3。2．4铁素体条带密度沿径向的分布

    钢筋边部沿径向至芯部单位长度内的铁素体条带数(铁素体条带密度)逐渐减少：边部铁素体条带细而密，芯部铁素体条带疏而宽。在距离芯部11．7～6．0mm范围内，铁素体条带密度变化较大，由99条／mm减少到44条／mm；在距离芯部6～0mm内，铁素体条带密度变化不大，约在38条／mm左右，见图6。

4结果分析   

4．1纤维状珠光体组织的形成机理

    在本研究条件下出现了呈纤维状分布的珠光体组织。其产生的根本原因是由连铸坯凝固时出现的枝晶偏析所致。连铸坯加热时，P、Mn等元素的分布难以均匀化，仍处于枝晶偏析状态，致使不同部位的A_e3有所差异。而在随后的轧制过程中，由于孔型轧制的变形特点，径(周)向收缩和轴向延伸，因此任何原始形状和分布的偏析区在轧制后都趋于形成平行于轧向的纤维状。在穿水过程中，由于冷却强度较弱，轧件冷却缓慢，因而导致先共析铁素体只能首先在．Ae₃较高的、纤维状偏析区内形核与长大，同时使碳富集在Ae₃较低区域，进一步降低其Ae₃，最后转变为珠光体，因此形成纤维状的珠光体组织。

4．2径向组织分布特征分析

    根据连铸坯的凝固组织特点，枝晶偏析区也从表至里逐渐变大，从而形成了如上所述的铁素体条带沿径向分布的特点。轧后穿水时的冷却速度从表层至芯部逐渐降低，也是导致上述特点的另一个因素。此外，轧后穿水时冷却速度沿径向的变化，也使铁素体的晶粒尺寸和珠光体的片层间距出现前述趋势。

    值得注意的是，铁素体晶粒尺寸在芯部的“反常”变化：在芯部0．5mm范围内，铁素体晶粒尺寸为6．1μm，较其他部位铁素体晶粒尺寸(约8．5μm)明显减小，见图3。与图4比较可发现，铁素体晶粒尺寸的上述变化正好伴随着珠光体数量相应的变化，这是由于中心的碳偏析所致。另外，边部珠光体体积分数为36．5％，比其他部位珠光体体积分数(约为39％)有所减少，这是由于钢筋表层轻微脱碳所致。这些“反常”变化及相组成的对应关系区别于轧后穿水强度较强时的情况。

5结论

    通过对钒氮微合金化热轧带肋钢筋径向组织特征的研究得出：

    (1)钢筋的肋部由等轴、细小铁素体晶粒、片层较细的珠光体和少量离异珠光体组成；基体组织虽也为铁素体和珠光体，但比肋部较粗大。

    (2)钢筋基体纵向的组织特征为：在铁素体基体上分布着沿轧向呈纤维状的珠光体。定量测量结果表明，铁素体条带密度从边缘至芯部呈逐渐减少趋势。

    (3)钢筋芯部铁素体晶粒尺寸显著减小和珠光体体积分数显著增加。铁素体晶粒尺寸的“反常”变化与芯部珠光体体积分数的变化一一对应。

                                                 (1．昆明理工大学；2．钢铁研究总院)