对中板部分钢种延伸不合的分析

对中板部分钢种延伸不合的分析、讨论通常夹杂物对钢材的纵向延性影响不大,而对横向延性的影响很明显。夹杂物的形状对横向延性的影响更加明显,断裂往往是从条状夹杂物与基体界面处产生的显微裂纹开始的。条状夹杂物数量越多,显微裂纹越容易连接。A类和C类夹杂物均为条状夹杂物。A类夹杂物为比较细小的条状,C类夹杂物为相对较粗的长条状;A类夹杂物的数量相对较多,而C类夹杂物即使在级别较高时数量也比较少,因此A类夹杂物对伸长率的影响较大。用能谱仪对A类夹杂物级别较高的部分试样进行成分分析表明A类夹杂物多数为硫化物,少数为硫化物和氧化物的复合夹杂物。在断口试样上也可见大量密集分布的硫化物夹杂。因此,可以说硫化物较多是造成伸长率不合格的主要原因之一。统计分析表明伸长率不合格试样的带状组织级别的总体平均值大于合格试样,在伸长率不合格断口试样磨面上也发现存在比较严重的带状组织。带状组织使钢材的力学性能产生方向性,特别是使横向塑性和韧性降低。显微观察发现,在铁素体带上有许多硫化物,说明这种带状组织的产生与S的偏析有关。由于碳是间隙型原子,其扩散系数比置换型原子大几个数量级,因此加热到奥氏体状态时碳能优先达到相对均匀,而其他合金元素和杂质元素的偏析则依然存在。硫化物由于凝固温度较低凝固时多分布在枝晶间隙,轧制时硫化物沿压延方向呈条带状分布,冷却时成为铁素体形核的核心,因此导致铁素体呈条带状,当温度继续降低时,珠光体在余下的奥氏体区域中形成,也相应地成条状,构成了带状组织。轧制时适当增加压缩比可以破碎铸锭中的树枝晶,减轻枝晶偏析的程度,降低带状组织的级别。硫化物较多、带状组织级别较高是造成伸长率不合格的主要原因。建议加强脱S减少硫化物;严格控制轧制工艺,避免形成严重的带状组织。1断口相貌通过对大量拉伸试样断口检查，我们对延伸率不合格的拉伸断口形态归纳为三种：（1）断口有明显的层状断裂特征，白亮色和灰色交替出现使试样厚度中心位置上呈现多层结构。（2）宏观断面与拉伸方向垂直，断口平齐而光亮。（3）宏观断面与拉伸方向夹约45°角，断口表面光亮。2非金属夹杂物我们从延伸率不合格的拉伸试样中选取具有上述三种典型性断口试样及延伸率合格的正常断口试样，进行了非金属夹杂物的对比分析。从检测结果上看，延伸率不合格的试样，硫化物类夹杂和硅酸盐类夹杂含量级别较高，延伸率合格的试样，夹杂物含量级别小，钢的纯净度好。3金相组织将以上10个试样用4%的硝酸酒精侵蚀，金相组织试样经腐蚀之后，在试样厚度中心位置有一条黑线，黑线处的金相组织显示珠光体带比例高。另外，在珠光体带中有贝氏体组织出现。综上所述，造成SM490A、Q235、Q345等钢板伸长率不合格的主要原因如下。⋯1珠光体含量对延伸率的影响低碳钢的一般组织状态为铁素体+珠光体，且组织中大部分为铁素体，由于珠光体是由铁索体与渗碳体构成的，铁素体为塑性相，渗碳体为脆性相，脆性相不易变形，因此珠光体量的大小及其形态是影响延伸率性能的主要因素。减少珠光体的量可以有效提高塑韧性，但不可避免的要降低抗拉强度；另外，细化珠光体片层间距可以有效地使渗碳体片变薄，使其易于变形，但同时会导致珠光体总量的增加(增加伪珠光体量)，因此对低碳钢并不适合。2晶粒大小及其均匀性对延伸率的影响晶粒尺寸越小，金属越容易变形，其延伸率指标也越高，但在考虑晶粒对延伸率影响的同时，必须要考虑晶粒的均匀性，晶粒不均匀的混晶现象比较严重时，不考虑其它影响，金属断裂一般发生在晶粒最大的位置。试样组织是正常的即铁素体+珠光体，但是造成延伸率不合格的原因是在同一断面上存在两种尺寸截然不同的晶粒，一侧晶粒度为7级，另一侧则为9级，见图7。晶粒尺寸大时，形变受晶界影响的区域相对缩小，晶粒内部和晶界附近的形变量相差就较大。而晶粒均匀细小，金属单位体积中的晶粒数多，变形时同样变形量便可分散在更多的晶粒中，产生较均匀的塑性变形，而不至于造成局部的应力集中，避免了裂纹的过早产生和发展。因而当试样存在混晶时，晶粒之间的变形就极不均匀，往往在大尺寸的晶粒间造成应力集中，使得开裂的机会增加，断裂前承受的变形量小，最终使试样的延伸率下降。混晶现象虽然不是常出现的，一旦出现也影响钢板的延伸率。因而钢板在轧制过程中也要控制好加热温度和速度，使晶粒均匀。3粒状贝氏体的产生SM490A热轧组织应为铁素体+珠光体，但在分层和平齐的断口试样心部金相组织中除了铁素体和珠光体之外，还存在硬度值为HV0.05：409、418、396的硬相组织。在显微镜下观测，其结构特征为粒状贝氏体，见图6。其中岛状相为马氏体，也称为M—A组织。这种硬相组织的出现同样也是钢中碳、锰、硫等元素偏析造成的，而且锰的富集还加重了中心区域锰含量分布的不均匀性，这都增大了该过区域冷奥氏体的稳定性，空冷时就可发生贝氏体转变（或马氏体）。而当钢板中一旦出现马氏体组织，钢板的延伸率会急剧下降。一些研究资料也表明[3]，钢中粒状贝氏体也会大大提高抗拉强度，降低伸长率，使脆性增加，当钢中出现大量的粒状贝氏体时不仅使屈服强度消失而且还会发生脆性断裂。4带状组织对延伸率的影响由金相组织分析表明，凡断口有分层现象的和平齐的脆断口试样，腐蚀面上均有一条黑线，它位于钢板厚度方向中心区域即板厚1/2处左右，黑线区域的珠光体带较宽，带间距小，珠光体比例高。而中心区域以外其它位置珠光体条带的宽度和间距基本相同。对于延伸率合格的正常拉断的试样，珠光体条带的宽度和间距在整个厚度方向上较为接近。当珠光体带的宽度超过25μm时，试样在拉伸过程中在珠光体带中易出现裂纹，引发材料的脆性并导致断口出现层状撕裂。这种现象是由于连铸板坯的中心线偏析造成的。这种中心线偏析通常会引起铸坯中心位置碳、锰、硫等易偏析元素的富集，热轧之后形成严重的带状组织。碳含量的增高造成了珠光体比例的提高。由于钢板厚度中心区域珠光体比例大、珠光体带较宽，与铁素体相比，珠光体的塑性低，强度高，因而在拉伸过程当中，中心区域的变形首先达到临界变形量，裂纹在此形成。由于试样中心区域在较小的形变条件下产生了裂纹，破坏了材料完整性，改变了试样局部的应力状态，裂纹尖端出现应力集中，使材料的变形集中在局部，断裂前材料的总变形量小，因此，导致拉伸试样延伸率出现不合格。钢板中沿轧向分布的条带状塑性夹杂物硫化物、硅酸盐级别较高。提高钢水纯净度，减少夹杂物含量、对提高钢的延伸性能有重要意义于一般测试拉伸性能均为横向试样，带状组织的生成则是沿轧制方向，严重破坏了金属变形的连续性，随着带状级别的加大，延伸率指标也呈下降趋势。因此必须控制钢中的带状组织。钢坯中心区域碳、锰、硫等元素的偏析，热轧之后形成严重的带状组织。而且碳、锰等元素的富集加重了中心区域过冷组织偏析带的形成，降低铸坯中心线偏析以及使铸坯中心锰的分布均匀化，减小中厚板中心区域珠光体比例和珠光体带宽度，抑制过冷组织的出现，都能够有效地提高钢板的延伸率。5钢中夹杂物的影响一般来说，非金属夹杂物的存在破坏了金属基体的连续性。室温下由于其塑性很差，与金属基体的结合力很弱，在承受变形时易与基体脱开，形成早期裂纹源。裂纹源的出现易引起应力集中，加速破坏过程，使延伸下降。另外，夹杂物的形状对钢板横向延性的影响十分明显，尤其是在横向拉伸试样中，条带状夹杂物的长轴与拉伸方向垂直，对钢板横向塑性的影响更为显著[1]。对应着图2、3和表2的数据可以看出，伸长率不合格的拉伸试样，其断口试样磨面上分布着大量密集的A类(硫化物类)和C类（硅酸盐类）夹杂物，且级别很高。当沿轧向分布的条带状夹杂物与拉伸方向垂直，断裂往往是从条状夹杂物与基体界面处产生的显微裂纹开始的，条状夹杂物数量越多，显微裂纹越容易连接。因此，大量夹杂物的存在是造成伸长率不合格的主要原因之一。钢中夹杂物的存在严重破坏基体的连续性，影响延伸率的提高，结合延伸率实验方法和各类夹杂物的变形程度，影响延伸率指标的主要夹杂物为硫化物夹杂和硅酸盐夹杂，这类夹杂属于塑性夹杂，在轧制过程中沿轧制方向延伸变形，而拉伸检验试样一般为横向，因此纵向延伸变形的夹杂物将严重影响连续性，导致横向拉伸延伸率下降。6钢材表面状态对延伸率的影响如果钢材表面有裂纹、结疤等缺陷，在拉伸变形时将成为原始的起裂点，导致拉伸变形应力集中，延伸率下降。7析出的碳化物对延伸率的影响析出的碳化物体积分数越大，其质点开裂的几率越大，由于质点开裂导致空隙生核、长大，并导致延性断裂，影响了塑性的提高。8揭示延伸率影响因素的经验公式如只考虑钢中晶粒尺寸、珠光体含量及固溶元素、偏聚元素对延伸率的影响，材料断裂时的总应变可表示为：8T=1．3—0．02(％珠光体)+O．3(％Mn)+O．2(％si)一3．4(％S)一4．4(％P)一0．29(％Sn)+0．015d一以从上式可看出，高的整体塑性要依靠低的含碳量、细的铁素体晶粒及最低限度的脆化溶质元素来取得，其中P和Sn是最有害的元素(在晶界析出)，S的危害在于硫化物夹杂的影响；Si、Mn为铁素体固溶元素，除了生成夹杂物影响塑性外，固溶在铁索体内的Si、Mn对塑性也有一定影响，会使奥氏体相变温度下降，有利于细化铁素体晶粒。控轧工艺对低碳微合金化钢的延伸率的影响1加热温度对延伸率的影响低的加热温度有利于获得细的原始奥氏体晶粒，为得到细的铁素体晶粒创造条件，因此有利于延伸率的提高。但对合金含量较高的钢而言，加热温度低将会导致合金固溶量减少，影响后续的析出和晶粒细化，因此对于微合金含量较高的钢，应适当提高加热温度。图1为推钢式加热炉均热温度对16Mnq延伸率的影响。(C0．09％，Si0．34％Mn1．37％．P0．013％，S0．012％，Nb0．03％)2终辊温度对延伸率影响目前低碳微合金化钢一般均采用两阶段控轧工艺，随着终轧温度的下降，未再结晶区轧制时晶粒变形带增多，将产生两种情况：①随着变形带的增多有利于后续铁素体的形核并细化铁索体晶粒，有利于塑性的提高；②随着变形带的增多，晶粒最终的不均匀性也变大，导致塑性下降，因此仅就终轧温度而言，对不同成分的钢均有一个塑性的最佳温度范围，低于该温度，由于晶粒不均匀性影响显著，将导致延伸率下降；高于该温度由于晶粒没有有效的细化也将导致延伸率下降。(C0．09％，Si0．34％Mn1．37％，P0．013％，S0．012％，Nb0．03％)3冷速及终冷温度的影响对轧后钢板冷速和终冷温度而言，只要没有产生中低温组织，原则上冷速越大、终冷温度越低，其钢板铁素体晶粒越细，带状组织越小，最终的塑性和韧性均较高。但实际生产中不是受单一因素影响，对微合金化F+P钢而言，在特定的终冷范围内(600—750℃)，延伸率随终冷温度的提高而得到改善，如图3所示，主要有以下影响因素：冷速越大、终冷温度越低，微合金元素的析出更弥散，体积分数更大，导致开裂的倾向更大；冷速越大、终冷温度越低，珠光体体积分数增加，则延率下降。(C0．12％，Si0．35％Mn1．4％，P0．013％，S0．012％。Nb0029％)由于目前的快冷均匀性也存在问题，大冷速下钢板冷却时间减少，导致钢板冷却后冷却应力较大，组织均匀性较差，影响延伸率的提高，这在厚板上更为突出，这也是目前超厚板一般采用热处理工艺生产的原因。4结论由于延伸率问题涉及的冶金材料因素较多，不同钢种不同规格的控制点不尽相同，总结出以下轧制工艺规律：(1)对于微合金化低合金钢，可以适当提高加热温度以提高延伸率；(2)对于延伸率，不同成分的钢有不同的最佳轧制温度范围，对于16Mnq钢而言，终轧温度控制在790—800'E比较适宜：(3)对于控轧控冷中板，在特定的终冷范围600—750℃。延伸率随终冷温度的提高而提高；(4)对于延伸率偏低的控轧控冷微合金化材，可以借鉴以上的工艺规律提高轧材的延伸率。低温终轧钢终轧前2。4道次变形量对延伸率的影响也较大，主要原因是小于5％的道次变形量不仅不会细化晶粒。还会诱发部分晶粒长大，导致粗晶出现，严重影响塑韧性。