Ｓ３５５Ｊ２鋼板表面裂紋分析

摘要 針對南鋼中厚板卷廠生產的S355J2鋼板表面出現裂紋缺陷，采用光學顯微鏡、掃描電鏡和能譜儀進行了分析。結果表明，裂紋具有沿鋼板縱向延伸且深度很小的規律性，裂紋產生的原因主要是Nb元素的碳氮化物表面偏聚所致，通過進行微鈦處理成分設計并結合優化連鑄工藝，可有效改善S355J2鋼板表面裂紋問題。

關鍵詞裂紋 含Nb鋼 連鑄坯

Analysis in Formation of Fine Surface Cracks on S355J2 Plates

WANG Duan-jun1， ZHANG Hua-wei1， WU Hui-bin2， YU Wei2， WANG Dao-yuan1

(1. Nanjing Iron Steel Group Co.， Ltd， Nanjing， Jiang Su， 210035; 2. National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology， University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083)

AbstractThrough proceeding the macroscopical observation and SEM to the longitudinal crack on S355J2 plate surface produced in Nanjing Iron Steel Group Co.， Ltd，. The results indicate that the crack on the plate across section is intend to not wide range expand to inner of the plate. The cracks are caused by the aggregation of Nb (C， N) at surface in plate. Through designing of microcontent Ti addition and optimizing continuous metal cast process the surface qualities were improved effectively.

1．前言

S355J2 鋼板是低合金高強度鋼板的一種[1]，南京鋼鐵集團公司在生產該鋼板時，采用了低碳加微量Nb合金成分體系，通過轉爐+LF爐外精煉的冶煉工藝并結合控制軋制+控制冷卻軋鋼工藝生產。2007 年9月，中厚板卷廠軋制16～40mm S355J2時，部分鋼板表面出現大量裂紋，造成鋼板表面質量不合格。表面質量不合格既影響交貨期又造成質量損失。為闡明裂紋產生的原因，本文從成分設計優化，結合連鑄工序并取樣做了相關檢驗、分析。

2．鋼板表面裂紋產生原因

2.1裂紋宏觀特征

TMCP工藝生產的S355J2鋼板表面裂紋多出現在鋼板距邊部約10mm內，呈現典型的沿橫向延伸現象，其典型低倍形貌見圖1所示。

圖1 鋼板表面宏觀裂紋形貌

2.2 金相檢驗

在鋼板表面有裂紋的部位取樣，磨平、拋光后再用4 %硝酸酒精溶液浸蝕，進行裂紋微觀觀察。圖2（a），（b）為裂紋橫截面顯微照片，可看出裂紋向鋼板內擴展，擴展范圍約100-120micro;m左右。圖2（c）為裂紋處（圖2（a），（b）的1，2，3處均相同）的能譜分析，可見，裂紋處主要存在Nb元素的碳氮化物，看來由于Nb元素在鋼板表面的富集是導致裂紋產生的重要原因之一。圖2（d）為板面存在裂紋位置磨掉約100micro;m后的基體顯微組織，由圖可見，該處為正常的鐵素體+珠光體組織，晶粒比較細小均勻，珠光體分布較彌散，沒有明顯的帶狀組織，也沒有發現明顯的裂紋存在，說明鋼板表面裂紋并沒有深入到鋼板內部。

（a）

(b)

(c)

(d)

圖2 裂紋部位顯微組織及能譜分析(a)，(b)裂紋微觀形貌及顯微組織；(c)裂紋處的能譜分析；(d)裂紋內部組織形貌

3．S355J2鋼板表面裂紋改進措施

鋼板表面存在裂紋部位的Nb含量較高且沒有發現異常夾雜，可證明裂紋處Nb元素的偏聚，由于微合金元素與鋼中的C、N 結合，在奧氏體晶界析出大量Nb (C， N)等質點。這些質點分布于奧氏體晶界，降低了晶界強度，誘發裂紋，在鑄坯表面溫度較低時，這種析出行為加劇，進入矯直區，由于矯直應力的作用，在振痕波谷處應力集中產生裂紋。該現象說明板坯可能在加熱前存在裂紋。因此可判定鋼板表面的裂紋是由連鑄板坯的表面裂紋帶來的[2]。因此采用以下改進措施：

（1）考慮到表面裂紋內部含有一定量的Nb元素的碳氮化物，為了降低Nb元素的偏聚，讓Nb元素的碳氮化物能夠在鋼板中彌散分布，采用微鈦處理的成分設計的優化，即在原有成分的基礎上適當添加0.012%wt的Ti元素。由于Ti的存在會使得連鑄坯中的析出在凝固過程中形成，且可以在鑄坯中均勻分布，而Nb的析出又多以Ti的析出物作為形核質點[3-4]，所以促使Nb的析出也會均勻分布，從而減輕Nb在邊部的偏聚，以便降低裂紋發生機率。

（2）含鈮鋼鑄坯橫裂紋多發生在內弧，這與矯直工藝有很大的影響[5]。如果鑄坯溫度位于鋼種的高溫脆化區，矯直時鑄坯振痕波谷處易產生橫裂紋。為避開含鈮鋼的脆化溫度區，提高含鈮鑄坯矯直點溫度950℃以上，可以改善含鈮鋼裂紋發生。

（3）關于結晶器振動，振幅越大，振痕越深；負滑脫時間越長，振痕越深；振動頻率越低，振痕越深[6]。采用高振頻低振幅的振動模式澆鑄含鈮鋼，可以改善鑄坯表而質量，減少裂紋發生率。

（4）結晶器內液面波動、鋼水偏流等情況會造成初生坯殼的不均勻，在拉坯力的作用下，增加橫裂紋發生的幾率。結晶器液而控制由手動改為自動控制，橫裂紋廢品率減少。全過程保護澆鑄，減少鋼水中的夾雜物，改善鋼水的偏流情況，對控制鑄坯裂紋有好處[7]。另外結晶器冷卻采用弱冷控制、拉坯速度保持平穩、較低的過熱度，可以減少裂紋發生。

4．結論

（1）造成此次S355J2中厚鋼板表面裂紋的原因是連鑄板坯表面存在Nb元素碳氮化物的富集所致。

（2）采用微Ti處理的成分設計，通過控制Nb+Ti的復合析出在鋼中的存在形式可以有效解決鋼板表面裂紋問題。

（3）提高含鈮鑄坯矯直點溫度，采用高振頻低振幅的振動模式，結晶器冷卻采用弱冷控制、拉坯速度保持平穩、采用較低的過熱度可以對減少表面裂紋起到一定作用。

5．參考文獻

[1] 王愛云，李玉奇. S355J2G3 鋼板低溫沖擊韌度不合格原因分析[J]，理化檢驗—物理分冊，2007. 37（1）:35-36

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[3] Djahazi M. Nb(C，N) Precipitation and Austenite Recrystallization in Boron-Containing High-Strength Low Alloy Steels [J]. Met.Tran A， 1992， 23A: 2111-2120

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[5] 巨建濤，張朝暉，折媛，王海江. 板坯表面縱裂的成因分析及控制措施[J]，鑄造技術，2007. 28 (8): 1126-1129

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[7] 王高田. 中厚鋼板表面裂紋產生原因分析[J]. 軋鋼， 2006. 23 (3): 58-59