宋鴻印,王勇,項(xiàng)美輝,曾遠(yuǎn)新,李健,馬曉云

（新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部）

1 問題的提出

八鋼公司生產(chǎn)的Q345鋼板在自然條件下放置一些時(shí)間后，鋼板力學(xué)性能會(huì)發(fā)生一些變化，即鋼發(fā)生了時(shí)效性。時(shí)效性是金屬材料的性能隨著時(shí)間而發(fā)生變化的一種現(xiàn)象，如果不能對(duì)金屬材料的時(shí)效性有效控制，將無法保證所生產(chǎn)板材的力學(xué)性能到用戶手中都符合國(guó)標(biāo)要求。因此，針對(duì)Q345鋼板進(jìn)行了力學(xué)性能隨時(shí)間變化的時(shí)效試驗(yàn)，通過試驗(yàn)尋找出時(shí)效規(guī)律及提出預(yù)防措施。

2 試驗(yàn)方法

2.1 取樣

選2批八鋼中厚板廠生產(chǎn)的Q345板材，批號(hào)1C1834-17，20mm厚的編為A， 批 號(hào)210365-23，12mm厚的編為B。兩批鋼的熔煉化學(xué)成分見表1。

表1 試驗(yàn)用鋼的熔煉化學(xué)成分 %

試驗(yàn)樣從該批鋼板的尾板上沿軋制方向依次取6組樣坯，每組樣坯取2個(gè)拉伸試樣。取樣嚴(yán)格按國(guó)標(biāo)GB/T2975進(jìn)行。A板、B板試樣的選取和編號(hào)見表2。

表2 A、B板的取樣部位及編號(hào)

2.2 化學(xué)成分分析

取 A1、A3、A6，B1、B3、B6 拉伸斷樣的短殘樣，試樣編號(hào)，用光譜儀測(cè)定化學(xué)成分。

2.3 金相檢驗(yàn)

取A1、B1拉伸斷樣的長(zhǎng)殘樣，試樣編號(hào)后制備金相試樣，用萊卡DMI5000M金相顯微鏡觀察金相組織，晶粒度，夾雜物情況。

2.4 氫含量測(cè)定

取 A01、A02、A03、A04、A05、A06，B01、B02、B03、B04、B05、B06拉伸斷樣的長(zhǎng)殘樣，試樣編號(hào)后，上車床車成長(zhǎng)30mm、直徑5mm的棒樣，送至快分室用定氫儀測(cè)定氫含量。

2.5 拉伸試驗(yàn)

6組試樣按順序分別在軋后的第1天、第2天、第3天、第5天、第7天、第15天進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，以2根試樣的平均值作為一個(gè)數(shù)據(jù)。所有拉伸試驗(yàn)都在微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)600kN上進(jìn)行。試驗(yàn)采用自動(dòng)拉伸試驗(yàn)程序，應(yīng)力速率選10MPa/s，在測(cè)定屈服點(diǎn)后，速率控制在30mm/min。按規(guī)范操作，盡可能避免人為操作帶來的影響。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 化學(xué)成分分析

A板、B板的化學(xué)成分見表 3，符合國(guó)標(biāo)GB/T1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》要求。

表3 A板、B板的化學(xué)成分 %

結(jié)合表1和表3中A板、B板的化學(xué)成分看，隨著軋制后試樣放置時(shí)間的變化化學(xué)成分基本平穩(wěn)。

3.2 金相組織、晶粒度、夾雜物

金相組織、晶粒度、夾雜物見表4。

表4 金相組織、晶粒度、夾雜物

3.3 氫含量分析

氫含量測(cè)定結(jié)果見表5。

表5 氫含量測(cè)定結(jié) (10-4%)

從表5中氫含量測(cè)定結(jié)果看，隨軋后試樣放置時(shí)間的變化，氫含量在軋后1～15天內(nèi)均下降，軋后1～3天內(nèi)下降明顯，5天以后趨于平穩(wěn)。

3.4 時(shí)效試驗(yàn)分析

屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率隨軋后試樣放置時(shí)間的變化曲線見圖1、2、3，圖中試樣號(hào)1、2、3、4、5、6對(duì)應(yīng)為第1天、第2天、第3天、第5天、第7天、第15天。

圖1 屈服強(qiáng)度隨軋制后試樣放置時(shí)間的變化

圖2 抗拉強(qiáng)度隨軋制后試樣放置時(shí)間的變化

圖3 斷后伸長(zhǎng)率隨軋制后試樣放置時(shí)間的變化

從圖1、2、3可知，A板、B板的力學(xué)性能符合國(guó)標(biāo)GB/T1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》要求。從檢驗(yàn)結(jié)果看，A板的抗拉強(qiáng)度比B板的高10MPa，B板的屈服強(qiáng)度比A板的低25MPa，主要是由于A板的碳含量比B板低0.01%，A板的硅含量比B板高0.04%，A板的錳含量比B板高0.02%，同時(shí)A板的晶粒度比B板的細(xì)，見表6。

表6A板與B板化學(xué)成分、晶粒度和強(qiáng)度的對(duì)比

由屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率隨軋后試樣放置時(shí)間的變化曲線圖可見，隨著軋后試樣放置時(shí)間的延長(zhǎng)，厚度20mm和厚度12mm的Q345板，屈服強(qiáng)度在軋后1～5天內(nèi)均下降，在軋后1～3天內(nèi)下降明顯，5天以后趨于平穩(wěn)。厚度20mm的Q345板，在軋后1～5天內(nèi)屈服強(qiáng)度下降9 MPa，厚度12mm的Q345板，在軋后1～5天內(nèi)屈服強(qiáng)度下降8 MPa。而抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率隨軋后放置時(shí)間的延長(zhǎng)，數(shù)值在軋后1～5天內(nèi)上下波動(dòng)，5天以后趨于平穩(wěn)。試驗(yàn)結(jié)果：綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出，Q345板材隨軋后試樣放置時(shí)間的變化化學(xué)成分基本平穩(wěn)，氫含量的變化與屈服強(qiáng)度的變化相對(duì)應(yīng)，屈服強(qiáng)度降低的原因與鋼中氫的逸出有關(guān)。鋼中的氫在晶界或晶內(nèi)的缺陷處偏聚，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，由于氫原子半徑小，擴(kuò)散能力較強(qiáng)，軋后放置時(shí)間的延長(zhǎng)，它不斷從鋼中逸出表面，造成阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的能力減小，表現(xiàn)出屈服強(qiáng)度降低。

4 結(jié)束語

Q345鋼板力學(xué)性能時(shí)效性試驗(yàn)表明：（1）Q345板材隨軋后放置時(shí)間的延長(zhǎng)，出現(xiàn)屈服強(qiáng)度下降的現(xiàn)象，其原因與鋼中氫的逸出有關(guān)；（2）抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率隨軋后放置時(shí)間的延長(zhǎng)，數(shù)值上下波動(dòng)，變化不大。

為保證生產(chǎn)的Q345鋼板力學(xué)性能都符合國(guó)標(biāo)要求，目前八鋼公司針對(duì)Q345鋼板提高了Q345板材企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，屈服強(qiáng)度比國(guó)標(biāo)高10 MPa，要求屈服強(qiáng)度≥355 MPa。