Q345钢板拉伸断口分层原因分析

Ｑ３４５钢板拉伸断ｆ１分层原闳分析

Ｑ３４５钢板拉伸断口分层原因分析

田庆荣

刘莹

王雅英（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津３００３０１）

［摘要】针对Ｑ３４５钢板在拉伸试验中出现断口分层的现象，利用金相分析技术，对拉伸试样断１３形貌、夹杂物和显微组织进行了分析。通过分析认为，连铸坯中心偏析造成的板厚中心区域存在硫化物夹杂、贝氏体偏析带组织及心部裂纹，是导致钢板拉伸试样断１３分层，延伸率不合格的主要原因。

关键词断口分层中心偏析夹杂物带状贝氏体分析

１前言

Ｑ３４５作为一种最常用低合金结构钢，力学性能是其最主要的技术指标。近阶段我厂生产的中厚规格的Ｑ３４５钢板在Ｅ１常力学性能检验中，由于拉伸试样断口分层导致的延伸率指标不合格的现象十分突出，既影响了企业的经济效益，又加重了生产负担。为此本文通过对延伸率不合格的试样进行系统的分析和研究，以期找出影响延伸率原因，提高Ｑ３４５钢的合格率。

２宏观分析

试样来源于延伸率不合格的Ｑ３４５Ｂ、Ｑ３４５Ｅ钢板。通过观察延伸率不合格的托伸试样断１３，发现其宏观断口形貌有明显的层状断裂特征，白亮色的和灰色交替出现，使试样厚度中心位置上呈现多层结构，如图１（ａ），断口分层部位一般位于板厚中心。有的拉伸试样侧面还有小拉伸裂口出现，如图ｌ（ｂ）。

（ｂ）

图１拉伸试样宏观断口形貌

３微观分析

在拉伸试样断口部位和未经拉伸部位上截取纵向金相试样。３．１非金属夹杂物

夹杂物按照ＧＢｆｒｌ０５６１—２００５进行评级，结果见表１。

表１非金属夹杂物

从检测结果上看，无论是Ｑ３４５Ｂ还是Ｑ３４５Ｅ夹杂物都以条状硫化物类夹杂为主，含量级别较高，见图２（ａ），分布范围主要集中在板厚中心区域，伊试样硅酸盐类夹杂超标准，如图２（ｂ）。

（ｂ）６。试样硅酸盐１００Ｘ

图２夹杂物形态

２００９年第４期３．２金相组织

天舜？幺分

３．３显微硬度

对贝氏体组织和周围的基体组织进行显微硬度测定，贝氏体组织ＨＶ０．０１：３４８。３８３；基体铁素体ＨＶ０．０１：１８６；基体珠光体ＨＶ０．０１：２２０。２４７。３．４能谱分析

利用Ｘ射线能谱仪对３＊试样的组织和裂纹中的夹杂物进行分析，结果表明．夹杂物以硫化锰为主，裂纹中聚集分布着金属铌和钛，见图４。

将纵向试样用４％的硝酸酒精侵蚀，结果显示基体组织为Ｆ＋Ｐ，在板厚心部出现条带状贝氏体组织数量３至７条不等，宽度最小值为２０ｕｍ，最大值为５００ｕｍ，长度均超过１ｍｍ，有的甚至长达９ｍｍ。在变形区域和未变形区域的显微组织观测中，均发现贝氏体组织中存在微裂纹，微裂纹扩展方向与轧制面平行，其两侧伴有浅灰色的ＭｎＳ夹杂存在，说明在板厚中心处存有缺陷。见图３。

㈣

图４

３・试样能谱分析

３．５原位分析

利用ＯＰＡ一１００金属原位分析系统对３－试样的中心区域做原为分析，并与基体成分作对比，分析结果见表２。

表２

元素标准值

中心区域成分平均含量（ＣＯ）／％

４

分析与讨论

以上检测结果表明，拉伸试样断口分层与夹杂物

的形态和中心区带状贝氏体组织有相当的关系。

４．１

从非金属夹杂物检测结果可以看出，钢中存在

的夹杂物以沿轧向分布的细条状ＭｎＳ夹杂为主，其

基体成分平均含量与基体

，％

次是硅酸盐类。这种形态的夹杂物对钢的性能危害最大，尤其对钢板横向塑性的影响更为显著川。夹杂物往往被视为显微裂纹的发源地，主要是比较容易变形的金属在难以变形的夹杂物周围塑性流动时，产生很大的张力使金属和夹杂物界面的链接断裂形成空隙闭。在横向拉伸过程中，条带状夹杂物的长轴与拉伸方向垂直，而且夹杂物与钢基体结合力很弱，承受变形时

易与基体脱开，在其端部与相毗邻的金属基体形成微

成分之差，％

Ｑ３４５钢板拉伸断口分层原因分析

裂纹。同一平面条带状夹杂物数量越多，微裂纹越容易连接呈裂纹，裂纹一旦形成，就可凭借其尖端所聚集的弹性能高速扩展，使夹杂物间的基体在断裂时吸收较小的变形功，呈现脆性断裂。因此钢板拉伸试样断口出现分层现象与钢中夹杂物形态和含量有者密切关系。

４．２表２中的数据表明，在板厚中心区存在着很严重的成分偏析现象，碳、锰平均含量分别达到了０．５８３％和２．０３８％，高出基体成分许多。由于板厚中心区域碳、锰元素含量猛增，使该区域ＣＣＴ曲线右移，增大了过冷奥氏体的稳定性，在轧制后的冷却过程中形成贝氏体组织。分析图３金相组织，贝氏体组织在转变过程中由于硬度和体积变化不同于周围的基体组织，使钢板的内部产生组织应力。在轧后较快冷却过程中，钢板表层和中心冷却速度不同，其内部又容易产生热应力。在组织应力、热应力以及硫化物夹杂共同作用下，导致钢板内部裂纹形成，裂纹沿贝氏体带扩展并与轧制方向平行。

４．３从显微硬度测定结果上看，贝氏体组织相对于周围基体组织硬度高，在变形过程中，塑性差的贝氏体组织将阻碍铁素体区的变形，很容易在贝氏体偏析带中形成应力集中而产生裂纹。另外，贝氏体组织还

固的钢水富含溶质元素Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ等『３ｌ，并为心部带状组织的出现创造了条件。碳含量的增高造成心部铁素体含量降低；锰及合金元素的富集加重了中心区域贝氏体带的形成；硫等易偏析元素的富集造成非金属夹杂的存在。这些因素的存在，使得沿轧制方向的板厚度中心部位成为钢板最薄弱的地方。当试样进行拉伸试验时，板厚中心区域在承受较小的变形条件下产生裂纹，裂纹破坏了材料完整性，使材料的变形集中在局部，断裂前材料的总变形量小，导致拉伸试样延伸率出现不合格。因此连铸坯的中心偏析对钢板性能的危害十分重大，它降低钢材综合性能，使钢材出现各向异性，降低钢材韧性。５结论

５．１造成钢板在拉伸试验中出现层状断口，导致钢板延伸率下降的主要原因是钢板中心区域存在大量硫化锰夹杂和严重的贝氏体组织偏析带。它与连铸坯的中心偏析有着很强的对应关系。

５．２提高连铸坯的质量，降低连铸坯的中心偏析，是减少拉伸断口分层，提高Ｑ３４５钢板延伸率的有效措施。

（收稿２００９—５—２０责编赵实鸣）

使材料脆陛增加。此次试验所观察到的贝氏体组织偏

析带宽度从最小值为２０ｕｍ到最大值为５００ｕｍ范围之间变化，长度均超过１ｍｍ，有的甚至长达数个毫米，可称为超长偏析带。带状组织的存在使材料各向异性加剧，韧性降低。因此在拉伸过程中易造成断口分层现象。

４．４以上现象的出现，与连铸坯的中心偏析有着十分密切的关系。连铸坯的中心偏析是钢水在凝固过程中流动传热和溶质再分配的结果。在连铸过程中，连铸坯的柱状晶均匀向中央发展，使连铸坯中心最后凝

作者简介

田庆荣，女，１９８７年毕业于天大冶金分校金属材料与热处理专业，高级工程师，毕业后一直从事物理检测及实验研究工作。

参考文献

…１赵坚，赵琳．优质钢缺陷［ＭＩ．北京：冶金工业出版社，１９９１．２３２．

【２】上海市机械制造工艺研究所．金相分析技术［Ｍ】．上海：上海科学技术文献出版社，１９８７．１８９．

【３】卢光熙．金属学教程【Ｍ】．上海：上海科学技术出版社，１９８５．３０６．

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Ｉ填补国内空白的ＶＩＦ－－２．０Ｔ真空感应熔炼炉

日前，国机集团所属沈阳仪表科学研究院成功开发研制了国内单机容量最大的真空冶金设备一ＶＩＦ２．ｏ吨

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宝尸勇ｌ见劳动强度，拥有极其广阔的市场空间。

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，空白，满足了国内对镍基、铜基、高温合金、精密合金１３益强劲的需求；在降低生产成本、提高生产效率和经济效益、促进我国真空冶炼行业快速发展方面将起到积极作用。

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Q345钢板拉伸断口分层原因分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

田庆荣， 刘莹， 王雅英， Tian Qingrong， Liu Ying， Wang Yaying天津钢铁集团有限公司技术中心,天津,300301天津冶金

TIANJIN METALLURGY2009(4)1次

参考文献(3条)

1. 卢光熙 金属学教程 1985

2. 上海市机械制造工艺研究所 金相分析技术 19873. 赵坚;赵琳 优质钢缺陷 1991

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引证文献(1条)

1. 李吉东. 黄楠. 许庆太. 孙中强 热轧钢板拉伸断口分层缺陷的检验和分析[期刊论文]-物理测试 2011(5)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tjyj200904010.aspx