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1、Q690D 高强度钢板拉伸试样 断口分离的研究唐国红( 济南钢铁股份有限公司)摘 要 对 Q690D 高强度中厚钢板的拉伸试样断口分离行为进行了研究， 分析了断口分离产生的机理和主要原因， 研究结果表明造成分离的主要原因是偏析和条状硫化物夹杂。针对生产实际采取多项措施， 实现了 断口分离造成的钢板改判率的大幅下降， 取得了良好的经济效益。关键词 高强钢 拉伸断口分离 夹杂物 中心偏析Research on Fracture Separation Behavior of TensileSpecimen for Q690D High Strength Steel PlateTang Guohong
2、( Jinan Iron and Steel Co Ltd)Abstract The article investigates the fracture separation behavior of tensile specimen for Q690D high strengthsteel plate，analyzes the formation mechanism and major causes of fracture separation The results show that the separa- tion is mainly caused by segregation and
3、strip sulfide inclusions After taking various measures on the basis of actual production，the substandard rate of steel plate due to fracture separation has been reduced and good economic benefit obtainedKeywords High strength steel，Tensile fracture separation，Inclusion，Central segregation0前言自 2008 年
4、以 来， 济 钢 所 生 产 Q690D 高 强 钢 板的拉伸断口分离造成钢板改判率居高不下， 给 公司效益带来了较大损失， 成为影响降本增效的 主要质量问题。本研究采用金相观察、扫描电镜 等试验手段和统计方法， 分析了 Q690D 钢板断口 分离形成原因， 提出了具体改进措施并在现场生 产中取得了成效。图 1 Q690D 钢板拉伸试样断口分离宏观形貌2微观分析1断口宏观形貌Q690D 钢板试样经过拉伸试验后， 断口处沿2 1 金相组织 分别对 Q690D 钢板板状拉伸试样断口分离 和正常断口试样的未变形区截取金相试样， 利用 OLYMPUS 金相显微镜对其进行金相组织的观察 与对比。通过 Q
5、690D 钢板拉伸断口分离试样的金相 组织观察， 发现原奥氏体晶粒在轧制后形成平行 于轧制方向的长条状晶粒， 在原奥氏体晶粒内形平行于试样轧制面开裂， 裂口缝隙最大 1 4 mm，并向断口内部延伸， 延伸距离约 10 40 mm。对 于全厚度板状试样、厚度1 /4 处板状试样和圆棒 状试样， 分离面位于试样厚度中心并呈多层开裂。 Q690D 钢板的拉伸试样断口分离宏观形貌如图 1 所示。10宽厚板第 19 卷成均匀的贝氏体组织， 钢板厚度 1 /2 处可见较明显的偏析现象， 而 1 /4 处没有明显的异常组织， 如 图 2 所示。观察 Q690D 钢板拉伸无断口分离试 样的金相组织， 在厚度中
6、心处没有发现明显的偏析带以及原奥氏体晶粒在轧制后形成的长条状晶 粒， 如图 3 所示。图 2 不同厚度 Q690D 钢板板厚 1 /4 和 1 /2 处的金相组织了 13 个视场的能谱扫描分析， 在多个视场下都发现数量较多的条状夹杂。能谱分析将这些条状夹 杂均确定为典型的硫化锰夹杂。断口分离面微观 形貌如图 4 所示， 分离面能谱扫描结果见图 5。图 3 Q690D 钢板无断口分离拉伸试样的厚度中心处金相组织2 2断口扫描 用外力将断口分离拉伸试 样沿分离裂口拉 图 4 断口分离面微观形貌开， 通过扫描电镜观察剖开面的组织形态， 并进行图 5 分离面能谱扫描图及分析结果变化曲线见图 6。从图中
7、可以看出， 5 月份钢板改判量最低， 8 月份最高， 与连铸坯月平均偏析指数 在 5 月份较低和 8 月份最高的现象相对应。3铸坯低倍组织统计2008 年 Q690D 钢板拉伸试样断口分离造成 的钢板改判量变化曲线和铸坯低倍组织偏析指数11第 2 期唐国红: Q690D 高强度钢板拉伸试样断口分离的研究图 6 拉伸断口分离造成的钢板改判量及连铸坯低倍组织偏析指数变化曲线进行拉伸试验， 测定其断口收缩性能。正常断口与断口分离拉伸试样的 Z 向拉伸试验结果表明， 发生断口分离与正常断口的试样 Z 向 拉 伸 性 能 无明显的区别， 见表 3。表 1 Q690D 钢板断口分离和正常断口 拉伸试样的力
8、学性能比较4断口分离拉伸试样的力学性能拉伸试样断口分离和无断口分离缺陷钢板的 力学性能统计对比结果见表 1。前者的力学性能 合格率达到 93 1% ， 后者达到 97 3% ， 断口分离 试样的力学性能没有明显的下降。本次分析所取4 批试样的力学性能数据见表 2， 力学性能全部合 格， 且各项指标都有一定的富余量。还分别从正 常断口和断口分离拉伸试样的未变形区域取样， 加工成 Z 向拉伸试样， 并采用摩擦焊接方法在 Z 向拉伸试样两端焊接拉伸夹头， 在拉伸试验机上项目总数量力学性能合格量合格率 / %断口分离试样292793 1正常断口试样25524897 3表 2Q690D 钢板断口分离拉伸
9、试样的力学性能 20 ( 纵向) KV2 / J批号钢板厚度 / mmRe / MPaRm / MPaA / %冷弯R796503075581817 015194103合格R796003077082016 5134130136合格R797111681085014 512671136合格R796633073080520 097130106合格表 3正常断口与断口分离拉伸试样的 Z 向拉伸性能断口分离试样正常断口试样 Z 向拉伸性能 R79650R79600R79711R79663R80001R61772R61673R84104断面收缩率 / %26 424 121 522 620 521 323
10、 625 2分析与讨论复流动。由于未凝固液相的硫、磷、碳、锰等溶质元素浓度较高， 在铸坯中心形成严重的偏析， 并遗 传到钢板中， 最终形成拉伸断口分离。5 2 断口分离与轧制的关系 Q690D 钢板 断 口 分离拉伸试样金相组织中 的原奥氏体晶粒在轧制过程中被拉长变形。当轧55 1 铸坯内部质量与连铸机状况的关系当连铸机对弧精度不高时， 扇形段辊子不在 同一弧线上， 拉坯过程中铸坯坯壳在间距较小的内外弧辊子之间受到挤压， 而在间距较大的内外 弧辊子之间又重新鼓起， 造成铸坯中心液相的反12宽厚板第 19 卷制变形大而温度低时， 变形引起的硬化过程占优势， 晶格畸变得不到完全恢复， 没有继续发生
11、再结 晶， 从而保留了原有的奥氏体晶粒晶界， 而晶界内 部在随后的继续变形、冷却及热处理过程中发生 相变， 最终形成比较均匀的贝氏体组织。由于在 粗轧时轧制力较小， 道次变形量小， 钢板的厚度中 心变形未充分渗透， 从而没有发生完全再结晶， 保 留了原有的奥氏体晶界。在随后的精轧过程中， 由于在奥氏体相变温度以下变形， 原有的奥氏体 并未继续发生再结晶， 而是在随后的冷却和中温 回火过程中保留下来。在拉伸变形时， 这些晶界 和晶界上聚集的夹杂物成为开裂的源头， 裂纹继 续沿奥氏体晶界发展， 最终形成了断口分离1 2 。5 3 造成断口分离的外部因素 在钢板试样拉伸时， 首先发生均匀变形， 试样
12、的受力状态为单向拉应力状态( 即“ + 00 ”) ， 当试 样开始出现缩颈时， 由于力线在缩颈处弯曲， 使该备小修， 每年进行一次中修， 严格控制检修精度， 及时更换不能满足对弧精度要求的扇形段。 6 3保证精炼后氩气软吹效果 延长软吹时间， 减小软吹氩时钢液裸露面积，从而保证夹杂物充分上浮。 6 4采用铸坯和钢板堆垛缓冷 堆垛缓冷一方面促进铸坯 和钢板中氢的析 出， 另一方面可以减轻中心偏析。对于厚规格钢板， 在轧制后一定温度范围内进行钢板堆垛缓冷， 起到减少中心偏析和析出氢的作用。6 5 保证铸坯加热时间和控制加热温度， 使铸坯 温度均匀， 尽量减少中心偏析。采用二冷段电磁搅拌技术， 优
13、化二冷段轻压6 6下工艺， 从而进一步提高铸坯的内部质量。7结论( 1) Q690D 钢板拉伸试样断口分离的主要原因是轧制过程中的原奥氏体未发生完全再结晶并保留了原有的奥氏体晶界， 在晶界处析出的硫化 物夹杂变形成为长条状， 这些因素都是拉伸过程 中形成断口分离的裂纹源头。( 2) 在拉伸试验过程中， 当拉伸试样发生缩 颈时， 内部应力状态发生改变， 由原来的一维应力 变成三维应力， 垂直于钢板轧制面方向的应力使 拉伸试样断口开裂。( 3) 在分析研究的基础上， 逐步采用降低钢 中硫含量、提高连铸机设备保障水平、降低钢中夹 杂物水平和堆垛缓冷等多项改进措施， 最终大幅 降低拉伸断口分层改判率，
14、 提高了经济效益。处的应力状态为三向拉应力 ( 即“ + + ”) 。如+果在钢板中心的组织中存在薄弱环节， 则首先从薄弱环节裂开， 这就是分离的最初形成阶段; 同时 由于在变形过程中， 钢板中心的薄弱环节与其它 部分不能够发生同步变形， 因此在钢板拉伸试样 中心( 薄弱环节处) 形成裂纹， 即在断口分离试样 的两个侧切面处所见的分离裂纹3 ， 这是造成钢 板拉伸试样断口分离的外部因素。 5 4断口分离对钢板性能的影响 由于断口分离形成的裂纹基本平行于钢板且沿拉伸方向延伸， 因此对拉伸试样的强度和韧性指标影响较小， 但将影响钢板的疲劳寿命， 在质量 判定中钢板仍会降级改判或判废。参考文献 6改
15、进措施熊庆人 X70 管线钢的断口分离现象分析研究J 机 械 工 程材料， 2005， 29( 12) : 21 25崔忠圻 金属学与热处理M 北京: 机械工业出版社， 1999黄守汉 塑性变形与轧制原 理M 北 京: 冶金工业出版社，200216 1严格控制钢中的硫含量 铁水均经过 KR 处理， 硫含量控制在 0 005%23以下， 并严格扒渣操作， 扒渣后铁水表面应基本无残渣; 对装入转炉废钢分类处理， 限制高硫含量废 钢的加入; 使用低硫含量的造渣料; 严格控制下渣 量， 采用双挡 渣 出 钢; 在 LF 炉 提 前 造 白 渣， 适 当 增大渣量， 提高 LF 炉脱硫率。唐国红，男， 2005 年毕业于北京科技大学金属材料专业，工程师。6 2制定严格详细的设备检修制度 设备是铸坯质量的保障。定期进行连铸机设收稿日期: 2013 02 17
