低合金洁净钢板中s对钢板强度与冲击韧性的影响

低合金洁净钢板中s对钢板强度与冲击韧性的影响

0杂质组元对钢性能的影响钢中的杂质指钢中的p、s、o、h、n等元素。当然，cu、zn、sn、bi、nb、as和pb等伴随元素也是杂质。在特殊情况下，si、mn和cr也被认为是杂质。在具体确定钢中杂质元素时,要视其对钢材性能的影响而定,比如,杂质元素S在易切削钢中是有益的元素,而N在不锈钢中是有意识加入的。随着钢中杂质组元对钢性能的影响研究的进行,目前已比较准确地掌握了杂质元素对钢性能的影响规律,蒋国昌比较系统地总结了杂质元素对钢性能影响的研究工作。随着对钢材性能要求的不断提高,对钢中夹杂物数量的要求也越来越苛刻,一般高洁净钢中杂质组元的总量要求小于100×10-6,即[O]+[N]+[P]+[S]+[H]≤100×10-6,最近有人提出钢中的碳与夹杂物的总和小于40×10-6,并且有越来越低的趋势。对钢中夹杂物要求的提高,促进了钢的冶炼技术的发展。应用现代的冶炼技术,使钢中的夹杂物总量控制在100×10-6以下已经实现,但其生产成本却显著提高,特别是杂质组元的总量在100×10-6以下时,再继续降低杂质组元的含量,生产成本会快速增加,所以要根据钢材的使用环境及其对性能的要求,不同的钢种应有不同的、合适的洁净度。关于杂质组元对钢性能的影响,已经有许多的研究结果与定论,但是这些结果与定论几乎都是在洁净度比较低的钢中得到的,杂质组元对洁净钢力学性能的影响如何,系统性的研究还不多见,日本的小泽幸正等人对800MPa级的高强钢的力学性能受杂质元素[S]的影响做了比较细致的研究。笔者以400MPa级低合金洁净钢为对象,研究杂质元素[S]在100×10-6以下含量时对其力学性能的影响规律,这对于保证该级别钢材的力学性能、降低其生产成本、认识杂质元素[S]在100×10-6以下时对力学性能的影响规律具有重要意义。1[s]含量级别对于洁净钢而言,杂质组元的含量控制在100×10-6以内是可以实现的,针对400MPa级低合金洁净钢,确定[S]含量级别水平为:10×10-6、20×10-6、30×10-6、50×10-6、100×10-6,同时钢中其他组元的含量为:T[O]:(20±5)×10-6;[N]:(40±5)×10-6;[P]<20×10-6。2拉伸性能测试所采用的研究方法如图1所示,所得试样的化学成分如表1所示。拉伸试验参照GB228—1987《金属拉伸试验方法》进行,测取其屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率;冲击实验参照GB/T229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》进行,测试温度为:常温、0～-100℃(温度间隔为20℃),测其冲击吸收功与脆韧转变温度。3试验结果的分析3.1金相组织检测从热轧板上取金相试样,在光学显微镜下进行显微组织观察发现,实验用钢的显微组织均为铁素体+珠光体,珠光体占20%～30%,铁素体占70%～80%;热轧钢板的带状组织形态清晰可见,对不同[S]水平的实验用钢金相组织比较发现,实验用钢的显微组织基本相同,没有发现[S]变化对组织形态的影响。可以认为实验用钢金相组织基本相同,典型的金相组织如图2所示。参照YB/T5148—1993《金属平均晶粒度测定方法》,用直线截点法测得实验用钢的晶粒度,其晶粒度级别在8.60～9.02之间,最大差距不超过0.5级,可以认为实验用钢的晶粒度基本一致。3.2[s]对钢力学性能的影响[S]对钢强度的影响如图3所示,由图3可见,不论是长度方向,还是宽度方向,钢的屈服强度和抗拉强度均随钢中[S]的增加而降低,[S]在50×10-6以下变化时,强度随[S]的增加下降幅度较大,但当[S]超过50×10-6时,强度变化变缓,可见,对于[P]+T[O]+[N]<80×10-6的低合金钢,特别是当[S]≤50×10-6时,强度并不是与[S]无关,强度对[S]的变化比较敏感。随[S]的增加,钢中MnS夹杂物的数量增加,钢的强度也就会随之而下降,当MnS夹杂物的数量增加到一定程度后,强度对夹杂物的敏感程度将会下降,钢的强度不再随[S]的变化而变化。[S]对屈强比ReH/Rm的影响如图4所示,随着[S]的增加,ReH/Rm逐渐减小,但当[S]>50×10-6时,屈强比变化缓慢;并且随着[S]的增加,宽度方向与长度方向上ReH/Rm的差值逐渐增大。ReH/Rm减小,意味着随着[S]的增加,Rm的降低速度小于ReH的降低速度,表明ReH对[S]变化的敏感程度大于Rm对[S]变化的敏感程度。不同[S]水平钢板的塑性都较好,其断后伸长率均大于32%,远高于国家标准对普通的Q345低合金钢断后伸长率大于21%的要求。钢中[S]增加时,断后伸长率A与断面收缩率Z几乎不变,长度方向和宽度方向上A与Z的差距增大的趋势也不明显,这不同于普通低合金结构钢中,随着[S]的增加,钢的塑性下降,长度方向和宽度方向上塑性差别增大的结论。可见,[S]对普通钢与洁净钢的影响有明显的不同,这主要由于洁净钢钢中杂质组元的总量很少,钢的塑性很高,[S]增加到110×10-6时,钢中夹杂物数量的增加还不足以对塑性构成明显的影响。3.3韧脆转变温度与[s]的关系试验测定了常温与低温情况下[S]对低合金洁净钢冲击韧性的影响,如图5、6所示。图5给出了不同[S]时冲击吸收功随温度的变化情况,所示冲击吸收功(AKV)为最小冲击功。可以看出,不同[S]钢的冲击吸收功随温度下降的变化规律基本相同。观察冲击试样断口发现,当实验温度高于-40℃时,试样均未完全冲断,并且断口中未被折断部分所占断口面积的比例随温度的升高而增大,所以才会出现室温下的冲击功普遍低于0℃下的数值。根据GB/T12778—1991《金属夏比冲击断口测定方法》,依据侧膨胀值来确定韧脆转变温度(LETT),即利用测得的侧膨胀值作韧脆转变温度曲线图,取曲线上侧膨胀值为0.5mm(冲击试样宽度的10%)对应的温度为脆韧转变温度。由此得到的韧脆转变温度与[S]变化的关系如图6所示。可以看出,钢板宽度方向和长度方向试样的韧脆转变温度均随[S]的降低而降低,钢板宽度方向的韧脆转变温度高于长度方向的值,两者之间的差距随[S]降低而减小。但当[S]降低到9×10-6时,钢板长度方向和宽度方向间韧脆转变温度的差距仍然高达16℃。4不同[s]变化时的钢板强度(1)在[S]低于50×10-6时,钢板的屈服强度和