歐標(biāo)厚壁H型鋼腹板麻面缺陷的研究

李 超 馬 強(qiáng) 張 蕾 孟憲強(qiáng)

1.前言

S450J0級(jí)歐標(biāo)厚壁H型鋼主要用于高層建筑物地基的承載樁，因其強(qiáng)度高，韌性好，具有優(yōu)良的抗震性能以及減震性能。在H型鋼打入地下之前，需做相應(yīng)的防銹處理，其使用壽命可達(dá)數(shù)百年之久。2010年萊鋼成功開發(fā)該型鋼，目前已經(jīng)供貨10萬噸，表面質(zhì)量及性能均較好。但在近期生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)腹板表面出現(xiàn)麻面缺陷，造成大量缺陷廢品，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提升。為消除H型鋼腹板麻面缺陷，在實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)造成缺陷的原因及機(jī)理進(jìn)行了研究和分析。

2.麻面缺陷外觀形貌

麻面缺陷呈團(tuán)狀不規(guī)則分布于H型鋼腹板表面，見圖1。通過打磨后，測(cè)量其深度大約0.5mm-1.0mm，見圖2。對(duì)存在缺陷的鋼材進(jìn)行局部噴砂，發(fā)現(xiàn)腹板上仍然存在大量點(diǎn)狀缺陷。

圖1 腹板麻面缺陷

圖2 麻面缺陷打磨

3.麻面缺陷檢驗(yàn)

3.1 連鑄坯低倍檢驗(yàn)

為確定連鑄坯料的內(nèi)部組織情況，對(duì)出現(xiàn)麻面缺陷的同爐次連鑄坯進(jìn)行腹板低倍組織檢驗(yàn)，取樣厚度150mm，在腹板內(nèi)表面加工2mm左右，進(jìn)行冷酸洗。坯料的實(shí)際低倍組織均勻，在表面未發(fā)現(xiàn)異常缺陷及嚴(yán)重偏析現(xiàn)象。

3.2 麻面缺陷高倍檢驗(yàn)

圖3、圖4是對(duì)出現(xiàn)麻面缺陷的腹板表面進(jìn)行金相組織分析。圖5為該型鋼的正常組織，晶粒度為7.5-8.0級(jí)，組織為較為均勻的鐵素體、珠光體。圖6為異常組織，混晶嚴(yán)重，存在大量粗大的條狀鐵素體晶粒，周圍則出現(xiàn)大量極為細(xì)小的晶粒組織，但缺陷周圍未出現(xiàn)脫碳組織。

圖3 異常組織4%硝酸酒精 ×100

圖4 異常組織4%硝酸酒精 ×100

圖5 正常組織4%硝酸酒精 ×100

圖6 異常組織掃描電鏡形貌

3.3 麻面缺陷掃描電鏡檢驗(yàn)

對(duì)異常組織部分進(jìn)行掃描電鏡分析，未見明顯的夾雜物偏聚，非過熱組織。

4.麻面缺陷分析

通過連鑄坯的低倍檢驗(yàn)以及掃描電鏡檢驗(yàn)，確定異常組織不是由于連鑄坯內(nèi)部組織不均勻以及加熱過程中的過熱。而更像加熱過程中的未溶鐵素體1，它沒有奧氏體化，無法通過奧氏體再結(jié)晶達(dá)到細(xì)化晶粒的作用，只能通過變形，使其晶粒得到細(xì)化。但是歐標(biāo)厚壁H型鋼，成品尺寸較大，軋制壓縮比較小，僅為2.8，粗軋高溫區(qū)軋制過程中，軋制開軋溫度約為1120℃，腹板變形量非常小，未溶鐵素體粗大不規(guī)則的組織，無法得到細(xì)化，得以保留，精軋軋制過程中，由于變形加大，部分晶粒得到細(xì)化，隨著變形溫度較低，產(chǎn)生的晶粒也較細(xì)小，而由于壓縮比的限制，無法實(shí)現(xiàn)大變形量軋制，導(dǎo)致部分大晶粒區(qū)晶粒未得到細(xì)化，粗大組織保留下來，因此形成大晶粒夾雜細(xì)小晶粒的特殊組織。此種組織最終導(dǎo)致軋件腹板表面開裂，形成麻面組織。

5.改善措施

（1）S450J0級(jí)歐標(biāo)厚壁H型鋼加熱溫度在1200℃-1230℃之間，加熱時(shí)間為3小時(shí)左右，鋼材采用V-N進(jìn)行合金化，V、N元素的含量較高，低的加熱溫度以及短的加熱時(shí)間，將會(huì)使合金元素?zé)o法達(dá)到均勻化，抑制了鐵素體的奧氏體化，導(dǎo)致未溶鐵素體出現(xiàn)。因此，將加熱時(shí)間延長(zhǎng)至4小時(shí)左右，提高加熱效果、消除未溶鐵素體。

（2）粗軋過程中，由于腹板變形量較小，粗大的晶粒無法通過奧氏體再結(jié)晶得到細(xì)化，反而由于軋制時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致了晶粒的繼續(xù)長(zhǎng)大。因此，將粗軋的軋制道次由5道次減少為3道次，以盡快完成粗軋階段的變形。

（3）精軋為變形的主要階段，軋制道次為7道次，終軋溫度為950℃左右，軋制均在奧氏體再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行，若要實(shí)現(xiàn)晶粒的細(xì)化，道次變形量應(yīng)超過其臨界變形量，一般按照道次變形率大于15%控制。將軋制道次由7道次減少為5道次，道次變形率均控制在20%以上，同時(shí)降低軋制速度，控制終軋溫度在880℃以下。

（4）軋后提高冷卻效果，加大冷卻水的壓力及水量，以提高晶粒的細(xì)化效果以及VN粒子的析出效果。

6.應(yīng)用效果

按照上述工藝措施在現(xiàn)場(chǎng)整改應(yīng)用后，平均加熱溫度控制在1220℃左右，平均加熱時(shí)間控制在4小時(shí)左右，嚴(yán)格控制軋制節(jié)奏，每小時(shí)的鋼坯軋制數(shù)量為10支左右，粗軋、精軋階段進(jìn)行減道次軋制，分別減少兩個(gè)軋制道次，終軋溫度基本控制在870℃左右。高強(qiáng)度厚壁H型鋼的表面質(zhì)量得到大幅提升，檢驗(yàn)合格率由75%提升至95%，微觀組織晶粒度提升到8.5級(jí)以上，混晶組織以及異常長(zhǎng)大組織未再出現(xiàn)。

7.結(jié)語

通過對(duì)S450J0級(jí)歐標(biāo)厚壁H型鋼腹板麻面缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并對(duì)軋制工藝和調(diào)整方法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，有效消除了腹板麻面缺陷，產(chǎn)品的成材率以及合格率均得到大幅改善，解決了長(zhǎng)期以來困擾大H型鋼生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的一大難題，提高了大H型鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 范瑩隆，劉良江.亞共析鋼中先共析鐵素體形態(tài)的研究[J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，1991，13(3):86-93.