李凤丽，路晨龙，韩 斐

（天津荣程联合钢铁集团有限公司，天津300352）

0 引言

某公司轧制生产Q355B 板材，夜间班次共轧制14 炉，规格由 5.75 mm×710 mm 到 11.35 mm×710 mm 不等，在送检力学性能试验后，统计结果发现大批量试样有断后伸长率降低现象，同比正常批次断后伸长率平均降低3.21%，屈服强度、抗拉强度均有不同程度的上升趋势。Q355B 板材通常用于压力容器或加工成矩形管进行应用于桥梁等，板材的塑性指标下降，导致材料变形能力降低。为避免Q355B板材在加工卷管过程中由于塑性不足导致开裂失效发生，需要查找板材力学性能异常原因。通过对Q355B 板材的金相和化学等检验结果的全面分析，发现轧制过程中控冷不当是导致Q355B 板材断后伸长率降低现象的主要原因，并追溯现场工艺进行确认，提出工艺优化建议。

1 力学试验

在执行标准GB/T228.1-2010，方法A，10.3.2（应变速率=0.00025s-1），10.3.4（应变速率=0.0067s-1）的条件下，做力学拉伸试验，试验结果表示该批次共计14 炉板材的断后伸长率结果明显降低，断后伸长率数据平均值与正常批次的断后伸长率试验结果相比降低了3.21%，同时屈服强度及抗拉强度均有不同程度的上升趋势，计算得平均屈强比为0.77，相比正常批次平均屈强比0.74 降低0.03，材料的塑性指标下降，见表1、2。

表1 问题批次力学性能

表2 正常批次力学性能

2 金相检验

一般正常生产情况下，Q355B 板材的碳含量≤0.24，正常生产板材碳含量一般处于0.17 左右，热轧态组织为铁素体+珠光体，见图1。

图1 正常板材显微组织1000x

在问题板材横截面上制取金相试样，使用4%的硝酸酒精进行侵蚀后，光镜下观察。该试样基体组织为铁素体+贝氏体+珠光体，其中在整个板材截面上分布有不同严重程度的贝氏体组织，近板材表面处贝氏体分布尤为严重，近板材表面组织为先共析铁素体+贝氏体，几乎无珠光体组织，在先共析铁素体后直接发生贝氏体转变，未发现共析珠光体组织，见图2, 图3。自板材表面逐渐向心部观察，接近心部开始出现部分共析珠光体组织，见图4。

图2 板材表面显微组织100x铁素体+贝氏体

图3 板材表面显微组织1000x铁素体+贝氏体

图4 板材心部显微组织1000x铁素体+贝氏体+珠光体

贝氏体组织为过冷奥氏体在临界点以下中温区域（Ms-550 ℃）所转变的产物，在C 曲线鼻部（550 ℃）与Ms 点之间的范围内，过冷奥氏体等温分解为贝氏体。相比于珠光体，贝氏体的转变温度更低，拥有更高强度的同时也会降低一定的塑性，这主要是由于过冷奥氏体等温分解过程中贝氏体铁素体位错的位置上碳原子堆积，影响了组织的位错密度，而位错密度为导致该组织性能增强一种机制。同时位错线、Fe 晶格强度和溶质原子对位错运动的阻碍也会促进组织性能的增强[1]。因此认为严重的贝氏体组织是此批板材屈服强度、抗拉强度升高，断后伸长率降低的直接原因。

3 贝氏体产生原因分析

3.1 显微组织

在日常轧制生产过程中，Q355B 板材表面处过冷奥氏体在连续冷却过程中进行先共析铁素体+贝氏体的转变。板材断面显微组织显示：其外表面为贝氏体（大量）+先共析铁素体，向心部观察贝氏体开始有逐步减少趋势，心部出现珠光体组织，贝氏体与珠光体组织均匀相间分布。由此推测造成板材强度上升、塑性下降的主要原因是轧制过程中过冷度较大，导致板材表面冷却强度加大，因此形成先共析相铁素体后未发生珠光体转变，而是直接发生贝氏体转变。板材表面相比心部贝氏体分布更加严重，贝氏体转变发生在轧制生产过程中的层冷后半部分与板材卷曲区间。

3.2 化学成分

在力学试验后断裂试样上做化学成分，将问题板材和正常板材化学成分进行对比发现，问题板材化学成分中的Si、Mn 元素含量均不同程度高于正常板材，见表3。合金元素含量的升高会对过冷奥氏体的稳定性造成一定影响，相比正常板材，问题板材化学成分中的Si、Mn 合金元素含量更高，其中Si 元素含量为0.39%，Si 元素含量趋于内控标准上限0.40%。问题板材与正常板材相比，合金元素升高，过冷奥氏体稳定性受影响，导致C 曲线右移（相对正常板材更靠右），在相同的过冷度、转变时间下，问题板材在析出先共析相铁素体后进入珠光体转变区间后，冷却曲线最终未能同珠光体转变终了曲线相交，过冷奥氏体未完全共析转变为珠光体，进而步入贝氏体转变区间，部分过冷奥氏体最终转变形成贝氏体组织。同时发现问题板材的熔炼成分Si，P，Cr 元素含量与成品成分（轧制后试验试样）有较大差异，推测与铸坯化学成分元素的不均匀分布有关。

表3 板材化学成分对比/%

3.3 现场工艺

终轧温度，冷却方式，卷曲速度，以及卷曲温度均会对板材的金相组织造成影响，正常板材现场工艺终轧温度基本控制在850～900 ℃之间，卷曲温度控制在640±20 ℃。追溯现场工艺，调查发现问题板材是在夜间开始轧制，终轧温度基本控制在850～870 ℃之间，同时卷曲温度控制为620 ℃，趋于标准卷曲温度下限（640±20 ℃）。相比之下，问题板材的过冷度明显高于正常板材，在合金元素含量较高，且过冷度更大的情况下，问题板材中过冷奥氏体更容易发生贝氏体组织转变。

4 结论

（1）严重的贝氏体组织是此批板材力学性能发生屈服强度、抗拉强度升高，断后伸长率降低的直接原因。因此避免板材表面产生严重的贝氏体组织是提高板材力学性能的主要措施。

（2）轧制过程中过冷度较大是导致贝氏体组织产生的主要原因，通过提高卷曲温度，减小温度差以及降低冷速均可以不同程度上缓解贝氏体的形成。同时调查发现该批板材在夜班进行轧制，当日夜间天气有较大降温情况，突然降温对轧制过程中板材的冷却速度会造成一定影响。今后在遇到夜间天气有较大降温情况时，可适当控制水流量降低板材轧制冷却速率，但要保证侧流水流量。

（3）问题板材的熔炼成分与成品成分（拉伸断裂试样处）的Si，P，Cr 元素含量有一定差异，因此需要合理的控制合金元素的均匀分布，减少成分的不均匀性和偏析。合金元素含量较高处会过冷奥氏体稳定性会受到影响，C 曲线右移,影响最终的金相组织。因此需合理控制合金元素含量的稳定，尽量避免合金元素含量位于标准上、下限区间。