祁敏翔，仲陽(yáng)陽(yáng)，閆政林

（五礦營(yíng)口中板有限責(zé)任公司，遼寧 營(yíng)口 115000）

Z 向鋼，又稱“抗層狀撕裂鋼”，主要應(yīng)用在建筑、造船等領(lǐng)域。Z向鋼在使用過程中要承受沿板厚方向的拉力，存在層狀撕裂的問題，因此，對(duì)鋼板的Z 向性能提出了更高的要求。某板廠在生產(chǎn)厚規(guī)格（厚度60 mm以上）Q390D—Z25鋼時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)斷面收縮率不合格的情況，嚴(yán)重影響了鋼板的交貨期和生產(chǎn)周期。為尋找其不合格原因，選取典型試樣對(duì)其進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料。鋼板規(guī)格：80 mm×2 200 mm×8 000 mm。其化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

表2 力學(xué)性能

試驗(yàn)方法。選取Z 向性能不合格鋼板及拉伸斷后試樣制備熱酸蝕試樣、金相試樣、斷口試樣，分別進(jìn)行斷口宏觀觀察、熱酸蝕檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡觀察和能譜分析。

2 檢驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試樣斷口觀察

通過宏觀拉伸斷口可見，斷口在試樣厚度1/2位置，無(wú)金屬光澤和明顯塑性變形，屬脆性斷口。

2.2 熱酸蝕檢驗(yàn)

取全厚度橫截面試樣進(jìn)行熱酸蝕檢驗(yàn)，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試樣中心疏松比較嚴(yán)重，在中心一側(cè)（內(nèi)弧側(cè)）有裂紋，呈一定角度分布。另外，在裂紋一側(cè)可見比較發(fā)達(dá)的柱狀晶，部分柱狀晶呈一定角度傾斜。

2.3 掃描電鏡斷口分析

用掃描電鏡對(duì)斷口形貌進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，斷口為準(zhǔn)解理斷裂形貌，它是介于解理斷裂和延性斷裂之間的一種過渡形式，屬于脆性斷裂，同時(shí)在斷口上發(fā)現(xiàn)自由生長(zhǎng)表面（金屬自由面），見圖1。另外，通過能譜分析發(fā)現(xiàn)，有硫化錳夾雜存在。

圖1 斷口微觀形貌

2.4 顯微組織檢驗(yàn)

為了了解鋼板的基體組織，從拉伸試樣未經(jīng)受變形的區(qū)域取金相試樣進(jìn)行組織分析，經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后發(fā)現(xiàn)近表和厚度1/2位置組織無(wú)異常，為珠光體+鐵素體組織。厚度1/2位置珠光體中摻雜著少量異常組織，為貝氏體組織，分散分布，見圖2。

圖2 金相組織

2.5 結(jié)果分析

通過熱酸蝕檢驗(yàn)可以看出，在厚度1/2 位置一側(cè)柱狀晶較發(fā)達(dá)，有裂紋存在于柱狀晶位置，柱狀晶與裂紋均有一定角度的傾斜。分析認(rèn)為柱狀晶與裂紋均為鑄坯遺傳到鋼板所致，因?yàn)榘l(fā)達(dá)的柱狀晶晶間是薄弱環(huán)節(jié)，鑄坯在各種應(yīng)力作用下柱狀晶晶間極易產(chǎn)生裂紋缺陷（中間裂紋）。柱狀晶與裂紋在軋制力的作用下產(chǎn)生傾斜，且由于厚規(guī)格鋼板壓下率較小，鋼板厚度中心位置變形滲透率不夠，柱狀晶無(wú)法被完全打碎，裂紋也無(wú)法被軋合，由此導(dǎo)致Z 向試樣在拉伸變形不斷加大的過程中在薄弱的柱狀晶晶間和裂紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中。同時(shí)由于裂紋破壞了基體連續(xù)性，使Z向試樣有效受力面積大大減?。?］，試樣在塑性變形很小的情況下產(chǎn)生斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致斷面收縮率不合格。另外，從柱狀晶和裂紋的位置來(lái)看，其與Z向試樣斷裂的位置是一致的，這也旁證了發(fā)達(dá)的柱狀晶和裂紋是其Z向性能不合的原因。

柱狀晶的形成原因是當(dāng)連鑄坯進(jìn)入二次冷卻區(qū)時(shí)，連鑄坯表面受到強(qiáng)烈冷卻，表面與鑄坯心部產(chǎn)生較大溫度梯度，形成垂直連鑄坯表面的單向傳熱。此時(shí)最大的晶體生長(zhǎng)方向是平行熱流方向，抑制了相鄰的晶體的生長(zhǎng)而優(yōu)先長(zhǎng)大，其他方向晶體的生長(zhǎng)則被淘汰，形成了垂直鑄坯表面的柱狀晶帶［2］。

中間裂紋一般分布于連鑄坯內(nèi)、外弧側(cè)的表面與厚度中心之間。裂紋大都與柱狀晶平行，沿一次柱狀晶間分布，多呈線狀、曲線狀、“河流”狀的特征。當(dāng)鑄坯經(jīng)過噴水段的強(qiáng)冷后鑄坯表面溫度回升，坯殼受熱膨脹，對(duì)凝固前沿施加張應(yīng)力，當(dāng)某一局部位置的張力應(yīng)變超過該處的極限值時(shí)，就會(huì)沿柱狀晶間產(chǎn)生中間裂紋。影響連鑄坯中間裂紋的因素還有拉速、輥縫精度和壓下量。

鋼板組織也會(huì)在一定程度上影響Z向鋼性能，因?yàn)椴煌慕M織類型在拉伸過程中變形不一致，易在不同組織類型交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致試樣提前斷裂。此次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只有厚度中心部位存在少量貝氏體組織，且不連續(xù)分布，分析認(rèn)為不會(huì)對(duì)Z向性能產(chǎn)生較大影響。

金屬自由生長(zhǎng)表面是鑄坯原生缺陷的一個(gè)固有特征，鑄坯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生裂紋缺陷后鋼液補(bǔ)充不及時(shí)就會(huì)在裂紋處出現(xiàn)光滑的金屬自由生長(zhǎng)表面。掃描電鏡斷口檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金屬自由面，自由面上有硫化錳夾雜，硫化錳夾雜又易在中間裂紋附近聚集，由此證明中間裂紋是導(dǎo)致Z向性能不合的原因。

3 解決措施

1）降低鋼水過熱度。過熱度越低，結(jié)晶前形成的成分過冷區(qū)越大，越有利于等軸晶的產(chǎn)生和生長(zhǎng)，減少柱狀晶比例，進(jìn)而減少中間裂紋的形成。2）二冷區(qū)采用弱冷。冷卻強(qiáng)度過大，鑄坯表面溫度降低，而中心溫度變化很小，鑄坯橫斷面上溫度梯度增大，有利于柱狀晶的生長(zhǎng)。二冷區(qū)采用弱冷可提高矯直溫度，避開熱延性低谷。3）延長(zhǎng)二冷區(qū)噴水長(zhǎng)度，降低鑄坯回?zé)帷?）提高M(jìn)n/S 比。5）檢查噴嘴水壓及有無(wú)堵塞，避免冷卻不均，坯殼反復(fù)回溫。6）選擇合適鑄坯拉速，降低中間裂紋發(fā)生率。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼板斷面收縮率不合格的原因是厚度1/2位置一側(cè)的中間裂紋和較發(fā)達(dá)的柱狀晶導(dǎo)致的。軋制厚規(guī)格Z 向性能鋼板時(shí)應(yīng)盡量選擇無(wú)中間裂紋或缺陷級(jí)別較低的鑄坯，缺陷級(jí)別較高的鑄坯可以用來(lái)軋制較薄規(guī)格鋼板，以便柱狀晶和中間裂紋在軋制過程中能被打碎、焊合。