程永固 林夢(mèng)橋 王景 趙朝暉 陳萌

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

AH60中厚板延伸性能不合原因的分析及改進(jìn)

程永固 林夢(mèng)橋 王景 趙朝暉 陳萌

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

針對(duì)AH60鋼板，在生產(chǎn)中存在部分延伸性能不合的現(xiàn)象，采用光譜分析、SEM以及 EDS等多種分析手段對(duì)其化學(xué)成分、斷口、非金屬夾雜物和顯微組織進(jìn)行了分析，認(rèn)為：將碳含量控制在0.15％～0.16％范圍，并且通過(guò)合理的電磁攪拌方式，減輕鑄坯中心偏析，提高鋼的韌性，從而可提高AH60鋼板的延伸性能

AH60 延伸 夾雜物

0 前言

AH60是由安鋼自主研發(fā)的低合金高強(qiáng)度鋼板，具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性，同時(shí)具備良好的焊接性能。廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、壓力容器板、車(chē)輛船舶、橋梁和建筑業(yè)。安鋼100 t轉(zhuǎn)爐—2800mm中板生產(chǎn)線開(kāi)始生產(chǎn) AH60以來(lái)，存在延伸性能合格率偏低的質(zhì)量問(wèn)題。筆者分析了延伸率不合格的因素，并提出了改進(jìn)措施。

1 AH60的技術(shù)要求

AH60的規(guī)格小于16mm時(shí)屈服強(qiáng)度大于460mPa、大于16mm時(shí)不小于440mPa，抗拉強(qiáng)度下限為570mPa，延伸率不低于16％，C含量小于0.20％，具體成分、性能見(jiàn)表1。

2 性能不合格的原因分析

表1 化學(xué)成分、機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)要求

2.1 力學(xué)性能及化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)

伸長(zhǎng)率合格的批次共計(jì)325批，其化學(xué)成分的碳含量控制在0.15％～0.16％，對(duì)應(yīng)的性能伸長(zhǎng)率在16.5％～21％，平均在18.5％(見(jiàn)表2)；同時(shí)，對(duì)30批性能不合格的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì) (見(jiàn)表3)，并與合格批次相比，發(fā)現(xiàn)兩者最大的不同在于，不合格批次化學(xué)成分中的碳含量靠近標(biāo)準(zhǔn)上限，伸長(zhǎng)率低于標(biāo)準(zhǔn)的要求，而屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度較高，富裕量較大。

表2 合格批次統(tǒng)計(jì)

表3 不合格批次統(tǒng)計(jì)

在不合格試樣中隨機(jī)抽取5批進(jìn)行檢驗(yàn)，具體機(jī)械性能及化學(xué)成分見(jiàn)表4。由表4可以看出，性能不合試樣均為延伸率較低，平均低于標(biāo)準(zhǔn)下限2.0％。

表4 不合格試樣機(jī)械性能

AH60是同時(shí)加入 Nb、V(N)兼有細(xì)晶和沉淀強(qiáng)化的熱軋所能生產(chǎn)的最高強(qiáng)度等級(jí)的焊接結(jié)構(gòu)鋼。由于Nb、V(N)的加入，特別是 V-N的加入，嚴(yán)重的加大了鑄坯的凝固偏析。C、M n都是易偏聚元素，在 C含量較高情況下，Nb、V的加入加劇鑄坯的偏析。在電磁攪拌工藝條件下，橫剖低倍表現(xiàn)為等軸晶區(qū)內(nèi)的嚴(yán)重的點(diǎn)狀偏析，縱剖低倍表現(xiàn)為等軸晶區(qū)內(nèi)的嚴(yán)重的 V型偏析[1]，軋制后形成鋼板組織中條帶狀偏析，這個(gè)帶狀偏析部位中的 C、S、M n、Nb、V(N)等元素高于鋼板的其他部位(如圖1所示)，拉伸過(guò)程中，等軸晶區(qū)內(nèi)每一個(gè)偏析帶都是斷裂源，從而形成了拉伸斷口心部層狀平臺(tái)，縮頸不明顯，最終導(dǎo)致鋼板的延伸性能不合格。

圖1 元素面分布

2.2 鑄坯低倍情況

圖2 AH60鑄坯剖面圖

AH60鑄坯剖面如圖2所示。AH60經(jīng)過(guò)電磁攪拌后的鑄坯低倍橫剖存在明顯的點(diǎn)狀偏析，縱剖鑄坯低倍存在明顯的V型偏析，這種偏析是由于成分富集所造成的；由于軋制的進(jìn)行，偏析部位被拉長(zhǎng)，從而形成了鋼板內(nèi)部的帶狀偏析。

用同樣的成分體系，沒(méi)有加入 Nb、V元素鋼種(Q345系列)的鑄坯低倍情況如圖3所示。在 C含量沒(méi)有變化的前提下，沒(méi)有加入 Nb、V，鑄坯的低倍組織沒(méi)有明顯的點(diǎn)狀及 V型偏析；這就說(shuō)明在沒(méi)有Nb、V等元素的情況下，可以減少鑄坯內(nèi) C、S、M n等元素的富集傾向，減輕了元素偏析的發(fā)生，從而改善了鋼板的延伸性能。運(yùn)用在大生產(chǎn)中 Q345系列的延伸合格率為98％；平均延伸值為26.7％，而AH60的延伸合格率為92.51％；平均延伸值為18.5％。

圖3 Q345系列鑄坯剖面圖

2.3 斷口分析

對(duì)延伸率不合格的拉伸殘樣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)頸縮不明顯。將斷口進(jìn)行熱酸洗并低倍觀察，發(fā)現(xiàn)斷口處有明顯分層現(xiàn)象，斷口形貌如圖4所示。從宏觀斷口看，斷口截面內(nèi)出現(xiàn)多條分層形貌，利用 FE I Quanta200環(huán)境掃描電子顯微鏡，放大后可以看到分層處呈解理斷裂形態(tài)，分層間有少量塑性變形金屬，形成韌狀斷口(如圖5所示)。進(jìn)一步進(jìn)行顯微組織分析(如圖6所示)?？梢钥闯觯行奶幟黠@的帶狀組織和部分貝氏體組織 (如圖5)。研究認(rèn)為AH60板坯在凝固過(guò)程中，由于板坯心部形成了 C、S、M n元素的偏析帶，這種偏析不僅促進(jìn)了帶狀組織的形成，而且使板坯中心的奧氏體組織穩(wěn)定性提高，在相變過(guò)程中產(chǎn)生貝氏體組織，當(dāng)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于貝氏組織塑性差，在貝氏組織周?chē)蛶罱M織附近容易形成裂紋，裂紋主要沿橫向或縱向擴(kuò)展[2]，屈服強(qiáng)度基本不受到影響，而延伸性能則明顯降低。

圖4 拉伸殘樣斷口

圖5 拉伸試樣不合格斷口形貌

圖6 延伸不合格金相照片

資料表明，斷口處的夾雜物主要為mnS[3]。M nS呈帶狀分布，由于帶狀M nS與基體間晶間結(jié)合力較弱，當(dāng)受到外部拉伸應(yīng)力時(shí)，帶狀M nS與基體之間的界面將會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生微裂紋，這些微裂紋即為早期的裂紋源，隨著應(yīng)力的提高，加速了裂紋的開(kāi)裂過(guò)程，導(dǎo)致了鋼板的延伸性能下降。尤其是橫向拉伸試樣中，條帶狀M nS的長(zhǎng)軸與拉伸方向垂直，對(duì)鋼板橫向塑性的影響更為顯著[4]。條帶狀M nS的層狀分布，使得鋼板的拉伸斷口亦呈現(xiàn)層狀，從而影響鋼板的延伸性能，造成延伸不合格。

3 改進(jìn)措施

1)調(diào)整成分，適當(dāng)降低碳含量，使碳含量控制在0.15％～0.16％，并通過(guò)嚴(yán)格的控軋工藝來(lái)保證鋼板的強(qiáng)度，同時(shí)也相應(yīng)的降低了 C、S、M n等元素的偏析傾向。

2)嚴(yán)格控制硫含量，減少鋼中的總含量，減少M(fèi) nS夾雜，并有利于減輕錳的偏析，從而改善鋼板的延伸性能。

3)優(yōu)化連鑄的電磁攪拌工藝，減輕鑄坯的中心偏析程度。提高冷卻強(qiáng)度，可以加快初期坯殼生長(zhǎng)速度，并有利于減少等軸晶區(qū)內(nèi)的平均偏析；合理收縮輥縫，避免凝固過(guò)程中鋼液的縱向流動(dòng)，減輕 V型偏析。

4)再結(jié)晶軋制時(shí)采用高溫大壓下以破碎鑄坯中的樹(shù)枝晶，減輕枝晶偏析的程度，降低帶狀組織的級(jí)別。

4 改進(jìn)效果

通過(guò)調(diào)整碳含量及硫含量的控制，優(yōu)化電磁攪拌和軋制工藝，有效的解決了AH60的延伸性能合格率偏低的情況。實(shí)施改進(jìn)以后，產(chǎn)品強(qiáng)度水平仍然滿(mǎn)足技術(shù)要求，同時(shí)伸長(zhǎng)率得到較大改善，實(shí)物水平得到綜合提升。統(tǒng)計(jì)了改進(jìn)后5個(gè)月AH60的生產(chǎn)情況，共檢驗(yàn)了273批力學(xué)性能，僅出現(xiàn)3批不合格，綜合性能合格率達(dá)98.9％，比攻關(guān)前提高了6.39個(gè)百分點(diǎn)，其中3個(gè)月達(dá)到100％，較好的解決了AH60延伸性能合格率低的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)AH60性能檢驗(yàn)中的主要不合項(xiàng)目伸長(zhǎng)率不合，從低倍分析、高倍分析、成份控制入手，分析延伸值偏低的成因，對(duì)應(yīng)采取降碳、脫硫，以及優(yōu)化電磁攪拌工藝、軋制工藝等多項(xiàng)措施，大幅度的提高了AH60性能綜合合格率，為該條生產(chǎn)線生產(chǎn)同級(jí)別的其他鋼種積累了經(jīng)驗(yàn)，在同類(lèi)型機(jī)組中具有一定的推廣價(jià)值。

[1]S.Kunstreich，板坯連鑄的電磁攪拌.鋼鐵，2005，9(40)：83-84.

[2]王智軼，樂(lè)可寰.Q345B中厚板拉伸試驗(yàn)斷口分層的原因分析.寬厚板[J]，2009，15(3)：11-14.

[3]衛(wèi)曉霞.中厚鋼板延伸率不合格原因分析.山西冶金[J]，2005，98(2)：33-34.

[4]趙堅(jiān)，趙琳.優(yōu)質(zhì)鋼缺陷[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991：232.

ANALYSIS AND IM PROVEM ENT O F NON-UN IFORM EXTENSION PERFORM ANCE FOR AH60 HEAVY ANDmED IUM PLATE

Cheng Yonggu L inM engqiao W ang Jing Zhao Zhaohui ChenM eng (Anyang Iron＆Steel Stock Co.，L td)

The chem ical composition，fracture，non-m etallic inclusions andmicrostructure are analyzed for non-unifo rmextension perfo rmance during AH60 heavy andmed ium p late p roduction bymeans of spectrum analysis，SEM and EDS etcmethods.It showSthat0.15％～0.16％carbon content and reasonable electromagnetic stirring can reduce slab centerline segregation and increase toughness of steel p late，thus imp rove the extension perfo rmance ofAH60 p late.

AH60 extension Inc lusion

：2010—6—4