A32A36船板钢拉伸试验分层缺陷原因分析及冶炼工艺改进.docx

A32/A36船板钢拉伸试验分层缺陷原因分析及冶炼工艺改进时间：2010/4/11 15:25:25来源：中国材料显微镜网作者：admin点击：81次赵 鹏，乐可襄（安徽工业大学 冶金与资源学院，马鞍山 243002）摘 要：A32/A36船板钢在拉伸试验后出现了分层缺陷。利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪对分层缺陷严重的部位进行了分析。结果表明：分层缺陷主要与铸坯中存在元素偏析形成的铌、钛碳化物和硫化物夹杂有关。提出了改进冶炼和轧制工艺的等相关措施并应用于实际生产，使废品率由12%降低到5%。关键词：A32/A36船板钢；分层缺陷；拉伸试验；中厚板 某钢厂在生产A32/A36船板钢的过程中，由于对轧材进行拉伸试验产生了分层缺陷，导致了大量钢材被判废，严重影响了船板钢产品的合格率和交货期。 连铸坯尺寸为220mm1800mm，在将其轧制成材后，沿着垂直轧制的方向截取尺寸为30mm30mm2500mm的轧材，并在截取的轧材上按GB/T15911994制成标准试样进行拉伸试验，有部分试样产生了分层缺陷。 笔者结合A32/A36船板钢的冶炼和轧制实际情况，对分层严重部位进行了理化检验，分析其分层原因并提出相应的改进措施，以减少钢板分层缺陷的产生。1.理化检验1.1 宏观检验 出现分层缺陷和未出现分层缺陷的拉伸试样断口的宏观形貌见图1好2.由图1可见：断口处有明显的层状断裂特征，分层位置在厚板中心处；而图2中的断口平滑，没有分层和开裂的现象。1.2 化学成分分析 对拉伸时产生分层缺陷的批号为76017，76041，77629，76869和76683船板钢试样进行化学成分分析，结果见表1.可见绝大部分元素的含量符合GB/T15911994的要求，仅76869批号试样的钛和钒含量略超过要求的上限。1.3 力学性能测试 对上述批号的船板钢进行拉伸性能和20冲击性能试验，结果见表2.可见该船板刚的力学性能符合GB/T1591-1994的要求。1.4 金相检验1.4.1分层断口处的显微组织 将图1所示断口磨成平面，经研磨抛光，用4%硝酸乙醇溶液侵蚀，用CCl4进行超声波清洗，用光学显微镜观察断口处的显微组织。图3可见，断口处的显微组织为铁素体和珠光体，其中灰白色晶粒为铁素体，黑色组织为珠光体。1.4.2分层断口纵截面的显微组织 将图1所示断口试样沿平行于拉伸方向、垂直于试样表面的剖面剖开，磨平、抛光及侵蚀后观察其铁素体与珠光体交替分不带，晶粒均匀细小。1.5 夹杂物分析 另外在分层断口处还发现存在大块深灰色夹杂物和较多空洞（黑洞），见图5. 用扫描电镜观察可以更清晰地显示出分层附近及分层面内均有很多深灰色长条状夹杂物，见图6（a）；分层裂缝间还有较多灰白色块状夹杂物，见图6（b）。1.6 能谱分析 用能谱仪对图6（a）中A处夹杂物进行微区成分分析，在沟槽底部发现硫和锰元素的含量较高，见图7（a），可见分层区沟槽底部的硫化物分布比较集中，初步判断形成了MnS夹杂。 同时对图6（b）中B处夹杂物进行能谱扫描，结果显示其中主要成分是铌、钛和碳，见图7（b）。可知在局部区域里，由于铌、钛和碳含量较高，有理由判断形成了铌和钛的碳化物。能谱中未出现铁元素，是因为能谱分析针对小块的夹杂物，其中铁元素含量很低未作标记。2分析与讨论 通过能谱分析初步判断形成了MnS夹杂物，MnS夹杂物在轧制过程中沿轧制方向随金属基体一起流动变形，最后变成条状或片状夹杂物，从而引起钢板分层。因此，硫对中厚钢板是非常有害的元素，容易形成硫化物的层状偏析，使板厚方向强度和塑性大大降低，应尽可能将硫含量控制在一定范围内。 在钢板厚度的中心存在着严重的中心偏析。检测中发现的灰白色块状夹杂物的主要成分是碳、铌和钛，由于碳、铌和钛含量增加，所以在凝固组织中形成了碳化铌和碳化钛夹杂物。通常情况下，对于船用钢板，钛和铌是为了细化组织、改善性能而加入的微量元素，但是钛和铌含量太多，可能会造成元素偏析，对于生产的钢材质量影响很大。产生的夹杂物损害了钢板的强度，致使钢板在承受较大拉伸应力时沿夹杂物颗粒分布的组织层开裂，严重影响轧板心部的组织和性能。如果中厚板在拉伸断裂时，分层缺陷出现在凝固的某个断面，可以判断与凝固过程元素偏析有关；如果中厚板在拉伸断裂时，没有出现分层，则可能与夹杂物有关。综上所述，船板钢在拉伸试验过程中出现分层现象的重要影响因素是硫化物夹杂物和合金元素成分偏析。3冶炼工艺改进措施3.1 冶炼改进措施 对钢种成分进行控制。适当降低钢中铌和钛的含量，如铌和钛是作为合金元素加入的，则加入量取下限，并尽量减少后面工序可能增碳的途径；大包采用铝和钙为主要成分的大包顶渣变质剂，进一步降低硫含量和硫化物夹杂；中间包设置合理的挡墙、挡坝，是钢液在中间包内流场较为合理，促进夹杂物上浮；采用辅展性能较好的覆盖渣，避免钢液二次氧化；控制合适浇注温度，适当低温浇注，采用低碳或是无碳的性能良好的结晶器保护渣，起到润滑作用；二冷段合理配水，使铸坯凝固组织得到均匀生长；在凝固末端采用强冷技术和轻压下技术，降低偏析程度。3.2轧制改进措施 轧件采用大压力的高压水降低铸坯表面温度，达到快速凝固的目的，减少偏析发生。采取相应的措施，降低钢中夹杂物的含量和带状组织级别，提高轧件拉伸性能；改善铸坯内部组织，在均热炉加热的时间延长20min，保证加热时间，使得内外温度均匀，轧制时不会产生裂纹。 将上述改进措施应用到实际生产中，除轧制方面的某些措施由于设备的原因无法实施外，通过