供稿|王彥祥， 馬靜超， 許紅玉， 成旭東 / WANG Yan-xiang， MA Jing-chao， XU Hong-yu， CHENG Xu-dong

中厚板冷彎性能一直作為一個(gè)衡量中厚板質(zhì)量的重要指標(biāo)，體現(xiàn)了鋼板塑性變形的能力。Q235B熱軋普板作為用量大、用途廣的大眾產(chǎn)品，在邯鋼中厚板產(chǎn)量中占據(jù)30%以上的產(chǎn)量，2013年用戶使用一批鋼板加工封頭過(guò)程中，在封頭邊緣產(chǎn)生嚴(yán)重的開裂，給公司產(chǎn)品信譽(yù)造成不好的影響，為此公司進(jìn)行開裂試驗(yàn)，并分析開裂原因。

加工開裂情況

開裂鋼板厚度20 mm，用戶在加工為封頭零件過(guò)程中，在鋼板邊緣發(fā)生多處嚴(yán)重的開裂，裂紋最長(zhǎng)達(dá)到40 cm左右，裂紋較平直，基本無(wú)分叉現(xiàn)象，如圖1所示；裂紋斷口處呈現(xiàn)條紋狀脆性撕裂斷口，如圖2所示。為了進(jìn)一步分析加工開裂的原因，在鋼板開裂處取樣進(jìn)行成分、氣體、晶像組織分析。

理化檢驗(yàn)

化學(xué)成分

對(duì)樣品進(jìn)行多處成分檢測(cè)取平均值，成分與煉鋼出廠成分基本相符，符合國(guó)家及廠內(nèi)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行氣體N含量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)N含量為0.0057%，全氧含量0.0069%，氣體及全氧含量正常，因此基本排除化學(xué)成分對(duì)開裂的影響。

夾雜物

對(duì)試樣在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行夾雜檢測(cè)，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)夾雜物的類型主要為A類夾雜物MnS，呈短棒狀，1/4處夾雜物較少，夾雜物等級(jí)為A0.5級(jí)。在中心1/2處，有明顯的長(zhǎng)條狀MnS，夾雜物等級(jí)為A1.5級(jí)，夾雜物控制水平良好，但中心部位夾雜物聚集程度較嚴(yán)重。

晶相組織

圖4為鋼板不同位置的晶相組織，基本組織為鐵素體與珠光體，同時(shí)也不同程度的分散著粗大的針狀魏氏體組織，晶粒度較大，大約為7級(jí)。

從1/4處晶像組織來(lái)看，無(wú)明顯帶狀組織，但晶粒度不均勻，一部分鐵素體邊緣呈現(xiàn)針狀穿插在珠光體之間，呈典型的魏氏體組織，如圖4(a)所示。在中心1/2處魏氏體組織的量有增多的趨勢(shì)，大塊珠光體被針狀鐵素體分割，魏氏體組織等級(jí)達(dá)到2級(jí)。并且中心組織珠光體比例較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1/4處組織珠光體比例，表明鋼板中心偏析程度較高，且在中心線上有呈現(xiàn)P偏析的“鬼線”組織，如圖4(b)所示。

圖1 開裂外觀

圖2 斷口形貌

表1 開裂樣品化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

圖3 不同位置夾雜物

分析與結(jié)果

魏氏組織是鋼的一種過(guò)熱缺陷組織，粗大魏氏組織的出現(xiàn)，使鋼的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度和塑性顯著降低，并提高了鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度，因而使鋼容易發(fā)生脆性斷裂[1-2]。

魏氏組織是鑄坯因過(guò)熱后在奧氏體上先共析的鐵素體生成所致，奧氏體晶界向晶內(nèi)生長(zhǎng)的針狀鐵素體魏氏組織，可分為一次鐵素體針片和二次鐵素體針片，見(jiàn)示意圖5。從晶相組織圖4上看，鋼板魏氏體組織主要為二次鐵素體針片，嚴(yán)重破壞了基體的連續(xù)性。

圖5 魏氏組織形態(tài)示意圖[2]

此批鋼板晶粒粗大、魏氏體組織評(píng)級(jí)較高，加工開裂過(guò)程中受力方向主要為Z向(厚度方向)，與魏氏體組織取向基本相同，因此加工脆性斷裂的主要原因也是由于嚴(yán)重的魏氏體組織產(chǎn)生。

魏氏體組織的生成與原始奧氏體的尺寸有非常大的關(guān)系，奧氏體尺寸越大，魏氏體生成溫度越高，并且在較低的冷卻速度下就可以產(chǎn)生[3]。結(jié)合晶粒度較大現(xiàn)象，鋼板在軋制過(guò)程中由于加熱溫度過(guò)高或軋制溫度過(guò)高造成奧氏體晶粒粗大，從而形成了嚴(yán)重的魏氏體組織，鋼板中心過(guò)熱程度較高，魏氏體組織越嚴(yán)重。因此軋制過(guò)程中，需嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，防止鑄坯過(guò)熱產(chǎn)生晶粒粗大的奧氏體組織，即可抑制粗大魏氏體組織的產(chǎn)生。

從晶像組織上觀察，鋼板中心偏析較嚴(yán)重，中心C含量較高，從而硬度較高的珠光體比例較高，珠光體的抗拉強(qiáng)度大約為80～85 MPa，約為鐵素體的3倍，但延伸率值只有10%～20%[4]，因此珠光體比例越高，塑性越差。同時(shí)中心P含量偏高，在中心形成了一定程度的偏析鐵素體帶“鬼線”，并且在中心造成MnS夾雜物聚集，從而中心組織塑性較差，但主要影響是橫向性能，鋼板容易沿軋向?qū)訝钏毫裑4]，從煉鋼廠連鑄方面需優(yōu)化動(dòng)態(tài)輕壓下、提高扇形段輥列精度、降低鋼水過(guò)熱度等措施，減輕鑄坯偏析程度，防止中心出現(xiàn)嚴(yán)重的偏析組織。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)化學(xué)、晶像組織分析，組織晶粒度較大，在鋼板上出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的粗大魏氏體組織，造成鋼板塑性及韌性下降，在加工過(guò)程中造成脆性開裂。

魏氏體組織的產(chǎn)生原因是由于軋制過(guò)程中加熱溫度過(guò)高或軋制溫度過(guò)高造成奧氏體晶粒粗大，相變過(guò)程中在奧氏體晶粒上先共析鐵素體產(chǎn)生。

鋼板中心成分偏析較嚴(yán)重，中心珠光體比例較高，且出現(xiàn)了P偏析帶及長(zhǎng)條MnS夾雜，也一定程度降低鋼板塑性、韌性。

[1] 徐巍， 王立輝， 但啟安， 等. Q235A鋼拉桿斷裂分析. 金屬熱處理，2011， 36 (S1)： 83

[2] 寧玫， 李志群， 孫梅紅， 等. 魏氏組織形成機(jī)理及對(duì)鋼管性能影響的分析研究. 天津冶金， 2008(5)：118

[3] 崔忠圻. 金屬學(xué)與熱處理. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1999：211

[4] 武會(huì)斌， 尚成嘉， 趙運(yùn)堂， 等．回火對(duì)低碳貝氏體鋼組織穩(wěn)定性及力學(xué)性能的影響. 鋼鐵， 2005， 40(3)：62