Q235 B中板加工开裂原因分析

2014-12-30供稿王彦祥马静超许红玉成旭东WANGYanxiangMAJingchaoXUHongyuCHENGXudong

金属世界 2014年4期

供稿|王彦祥，马静超，许红玉，成旭东 / WANG Yan-xiang， MA Jing-chao， XU Hong-yu， CHENG Xu-dong

中厚板冷弯性能一直作为一个衡量中厚板质量的重要指标，体现了钢板塑性变形的能力。Q235B热轧普板作为用量大、用途广的大众产品，在邯钢中厚板产量中占据30%以上的产量，2013年用户使用一批钢板加工封头过程中，在封头边缘产生严重的开裂，给公司产品信誉造成不好的影响，为此公司进行开裂试验，并分析开裂原因。

加工开裂情况

开裂钢板厚度20 mm，用户在加工为封头零件过程中，在钢板边缘发生多处严重的开裂，裂纹最长达到40 cm左右，裂纹较平直，基本无分叉现象，如图1所示；裂纹断口处呈现条纹状脆性撕裂断口，如图2所示。为了进一步分析加工开裂的原因，在钢板开裂处取样进行成分、气体、晶像组织分析。

理化检验

化学成分

对样品进行多处成分检测取平均值，成分与炼钢出厂成分基本相符，符合国家及厂内验收标准，如表1所示。对试验进行气体N含量进行检测，检测N含量为0.0057%，全氧含量0.0069%，气体及全氧含量正常，因此基本排除化学成分对开裂的影响。

夹杂物

对试样在光学显微镜下进行夹杂检测，如图3所示，发现夹杂物的类型主要为A类夹杂物MnS，呈短棒状，1/4处夹杂物较少，夹杂物等级为A0.5级。在中心1/2处，有明显的长条状MnS，夹杂物等级为A1.5级，夹杂物控制水平良好，但中心部位夹杂物聚集程度较严重。

晶相组织

图4为钢板不同位置的晶相组织，基本组织为铁素体与珠光体，同时也不同程度的分散着粗大的针状魏氏体组织，晶粒度较大，大约为7级。

从1/4处晶像组织来看，无明显带状组织，但晶粒度不均匀，一部分铁素体边缘呈现针状穿插在珠光体之间，呈典型的魏氏体组织，如图4(a)所示。在中心1/2处魏氏体组织的量有增多的趋势，大块珠光体被针状铁素体分割，魏氏体组织等级达到2级。并且中心组织珠光体比例较高，远远大于1/4处组织珠光体比例，表明钢板中心偏析程度较高，且在中心线上有呈现P偏析的“鬼线”组织，如图4(b)所示。

图1 开裂外观

图2 断口形貌

表1 开裂样品化学成分(质量分数) %

图3 不同位置夹杂物

分析与结果

魏氏组织是钢的一种过热缺陷组织，粗大魏氏组织的出现，使钢的力学性能，特别是冲击韧度和塑性显著降低，并提高了钢的脆性转化温度，因而使钢容易发生脆性断裂[1-2]。

魏氏组织是铸坯因过热后在奥氏体上先共析的铁素体生成所致，奥氏体晶界向晶内生长的针状铁素体魏氏组织，可分为一次铁素体针片和二次铁素体针片，见示意图5。从晶相组织图4上看，钢板魏氏体组织主要为二次铁素体针片，严重破坏了基体的连续性。

图5 魏氏组织形态示意图[2]

此批钢板晶粒粗大、魏氏体组织评级较高，加工开裂过程中受力方向主要为Z向(厚度方向)，与魏氏体组织取向基本相同，因此加工脆性断裂的主要原因也是由于严重的魏氏体组织产生。

魏氏体组织的生成与原始奥氏体的尺寸有非常大的关系，奥氏体尺寸越大，魏氏体生成温度越高，并且在较低的冷却速度下就可以产生[3]。结合晶粒度较大现象，钢板在轧制过程中由于加热温度过高或轧制温度过高造成奥氏体晶粒粗大，从而形成了严重的魏氏体组织，钢板中心过热程度较高，魏氏体组织越严重。因此轧制过程中，需严格控制工艺参数，防止铸坯过热产生晶粒粗大的奥氏体组织，即可抑制粗大魏氏体组织的产生。

从晶像组织上观察，钢板中心偏析较严重，中心C含量较高，从而硬度较高的珠光体比例较高，珠光体的抗拉强度大约为80～85 MPa，约为铁素体的3倍，但延伸率值只有10%～20%[4]，因此珠光体比例越高，塑性越差。同时中心P含量偏高，在中心形成了一定程度的偏析铁素体带“鬼线”，并且在中心造成MnS夹杂物聚集，从而中心组织塑性较差，但主要影响是横向性能，钢板容易沿轧向层状撕裂[4]，从炼钢厂连铸方面需优化动态轻压下、提高扇形段辊列精度、降低钢水过热度等措施，减轻铸坯偏析程度，防止中心出现严重的偏析组织。