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分享:Q355B钢板拉伸断口分层原因及改善措施

2022-10-09 14:45:15 

祁敏翔,仲阳阳,李振兴,宋继强,王 博

(日钢营口中板有限公司,营口 115000)

摘 要:采用宏观观察化学成分分析拉伸试验热酸蚀检验金相检验扫描电镜及能谱分析 等方法,分析了 Q355B钢板拉伸断口出现分层的原:Q355B钢板拉伸断口出现分的主要原因是连铸坯厚度中心处存在缩孔疏松偏析物缺,导致钢板产生中心裂纹,伸试验过程中,裂纹处产生应力集中,随着变形量的不断增加,裂纹不断扩展,最终出现断口分层现 ;在适当调整连铸坯浇注及钢板轧制工艺参数(如过热度二次冷却速率拉坯速率道次压下率 和轧制温度等),采用电磁搅拌和轻压下技术,以及轧后缓冷等措施,Q355B 钢板拉伸断口不合 格率由6.82%0.84%,1%

关键词:Q355B;;;;;

中图分类:TG115 :B :1001-4012(2022)03-0070-05

Q355B钢属于低合金钢,具有较好的综合力学 性能,主要用于桥梁管道等行业在对某厂生产的 40mm Q355B 钢板进行拉伸试验时,发现其拉 伸断口分层严重,说明钢板的抗层状撕裂性能较差, 在实际应用中会造成较大的安全隐患,因此使产品 无法按合同正常交付,使企业的经济效益受损笔者采用宏观观察化学成分分析拉伸试验热酸蚀检验金相检验扫描电镜及能谱分析等方 ,分析了 Q355B钢板拉伸断口分层的原因,以期 避免该类缺陷的再次发生

1 理化检验

1.1 宏观观察

由图1可见,断 口 分 层 位 置 在 钢 板 厚 度 中 心 区域,开 裂 口 较 长,几 乎 使 钢 板 完 全 分 裂 为 两 部分


1.2 化学成分分析

Q355B 钢板的化学成分进行分析由表 1 可见,其化学成分符合 GB/T1591-2018《低合金 高强度结构钢标准对 Q335B术要求


1.3 拉伸试验 Q355B钢板上截取试样进行拉伸性能测试由表2可见,其拉伸性能符合 GB/T1591-2018准对 Q335B


1.4 热酸蚀检验 Q355B 钢板拉断试样原取样位置的附近重 新取样,记为未拉伸试样,对拉断试样和未拉伸试样 横截面进行热酸蚀检验

由 图2可 见 ,两 个 试 样 均 存 在 粗 大 的 柱 状 晶组织,距离钢板中心区域越近,晶粒越粗大,同时,样厚度中心处存在严重的未轧合的偏析缩孔疏松 和裂纹


1.5 金相检验

1.5.1 显微组织观察

4%(体积分数)硝酸酒精溶液对 Q355B 板拉断试样和未拉伸试样进行腐蚀后,采用光学显 微镜观

3,基体组织为铁素体+珠光体, 两个试样板厚中心区域均存在条带状贝氏体,贝氏 体中有微裂纹,微裂纹的扩展方向与分层裂口的扩 展方向一致

1.5.2 夹杂物检验 在拉断试样和未拉伸试样上取样进行夹杂物 检验由图4可见,两个试样均存在微裂纹,且微裂纹 内部及其附近均有较多的浅灰色夹杂物

1.6 电镜分析

X 射 线 能 谱 仪 (EDS)Q355B钢板断口及横截面中心区域裂纹中的夹杂 物进行分析由图5可见,该区域的夹杂物为易变性的硅酸 盐夹 杂 物 2MnO·SiO2 和 硫 化 物 MnS,2MnO· SiO2 的性能与 MnS的性能相似,夹杂物尺寸约为 20μmQ355B 和板行了微区成,果见3。Q355B中心贝氏体区域的碳锰元素偏析严重,这与热 酸蚀检验结果相一致

2 分析与讨论

通过以上检验结果可知,Q355B钢板拉伸断口 分层与钢板内部缺陷有关,这些缺陷来源于钢板原 材料

通过热酸蚀检验结果可知,Q355B钢板内部柱 状晶组织较粗大,且板厚中心处存在偏析缩孔松和裂纹,这些缺陷均来源于原材料连铸坯在二 次冷却过程中,连铸坯表面与心部有较大的温度梯 ,形成垂直表面的单向传热,晶体最快生长方向是 向中心优先生长,向其他方向生长的晶体受到彼此 妨碍而被抑制,最终形成柱状晶区[1]连铸坯组织 中的柱状晶越粗大,越易产生搭桥现象,如果液体金 属得不到及时补充,就会形成中心疏松或缩孔,随之 产生严重的中心偏析另外,连铸坯经喷水冷却后 进入辐射冷却区,其表面温度回升,坯壳受热膨胀, 当应变超过该处应变极限时,就会在粗大的柱状晶 间产生裂纹

通过扫描电镜及能谱分析结果可知,Q355B板中心贝氏体区域的碳锰元素含量比基体中的 含量高很多,这与热酸蚀检验结果相一致

夹杂疏松气孔中心偏析带状组织均可导致 拉伸断口分层[2]中心裂纹的产生主要有以下几个 原因

(1)锰元素偏析会使过冷奥氏体连续冷却 转变曲线(CCT 曲线)右移,进而使过冷奥氏体的稳 定性升高,在一定的冷却速率下,有可能会形成贝氏 体组织,在贝氏体转变过程中其体积变化与基体组 织产生差异,使钢板内部产生应力而形成裂纹

(2)在轧后冷却过程中,钢板表层和中心的冷 却速率不同,会产生热应力,进而产生裂纹

(3)钢板厚度中心区域存在的夹杂物会破坏金 属连续性,造成应力集中,微裂纹会在夹杂物与基体 界面处产生,随着拉伸变形的不断进行,裂纹逐渐扩 ;有研 究 显 示[3],当 钢 中 硫 的 质 量 分 数 降 低 到 0.02%以下,夹杂物尺寸控制在5μm 以下时,可有 效减少断口分层缺陷;如图4所示,Q355B 中的夹杂物尺寸偏大,这不利于对裂纹和分层缺陷的控制

(4)缩孔疏松缺陷会使连铸坯在轧制过程中 出现绞线状裂纹

综上所述,Q355B钢板拉伸断口出现分层现象 的主要原因是连铸坯厚度中心处存在缩孔疏松析和夹杂物缺陷,导致钢板产生中心裂纹,在拉伸试 验过程中,裂纹处会产生应力集中,随着变形量的不 断增加,裂纹不断扩展,最终形成断口分层现象

伸试,塑性变形三轴应,沿的应力超过开极限值时,就 会 发 生 平 行 于 轧 制 面 的 断 口 分 层 开 [4-5],是解钢板 拉伸,以下解决措施

(1),25 , 减少柱,等缺别控制

(2),结晶器出口到拉矫机之间 的二次冷却区采用弱冷方式,合理分配二次冷却区 各冷却,(3)浇铸温度

(4),渗透,减少 或消除

(5)适当提高轧制温度,降低冷却速率[6]

(6)(,降低),纹形成的影响

(7)压下技术,以改善柱状 晶搭桥固收

3 结论及建议

(1)Q355B出现的主原因是处存偏析杂物缺陷,导致钢板产生中心裂纹,在拉伸试验过程 ,裂纹,不断增加, 裂纹不断,最终

(2)在适当调整连铸坯浇注及钢板轧制工艺参 (冷却压下和轧),磁搅下技以及 轧后缓冷等措施,Q355B合格率由 6.82%降低至0.84%,1%

参考文献:

[1] 许庆太,王文仲.连铸钢坯低倍检验和缺陷图谱[M]北京:中国标准出版社,2009. [2] 李荣锋,余立.关于钢材力学性能试验试样断口厚向 开裂的若干问题[J].材料开发与应用,2013,28(3): 1-8. [3] 李艳梅,朱伏先,崔凤平,.中厚钢板分层缺陷的形 成机制分析[J].东北大学学报(自然科学版),2007, 28(7):1002-1005. [4] 韩荣东,刘静.Q390E钢板拉伸试验试样断口分层原 因分析 [J].武 汉 工 程 职 业 技 术 学 院 学 报,2009,21 (3):19-21. [5] 李荣锋.关于力学性能试验试样断口分层()开裂现 象的思考[J].物理测试,2011,29(S1):75-79. [6] 王蕾,王立军,金潮,.Q345钢板拉力分层成因及控 制措施[C]∥中国金属学会.第八届(2011)中国钢铁 年会论文集[M].北京:冶金工业出版社,2011.

<文章来源>材料与测试网>