高強(qiáng)鋼S700MC拉伸斷口分層現(xiàn)象研究

徐勇

（本鋼產(chǎn)品研究院，遼寧本溪　117000）

高強(qiáng)鋼S700MC拉伸斷口分層現(xiàn)象研究

徐勇

（本鋼產(chǎn)品研究院，遼寧本溪117000）

為將本鋼新建的世界上最先進(jìn)的2300熱連軋機(jī)組裝備優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和擴(kuò)大高強(qiáng)鋼產(chǎn)品市場(chǎng)份額，通過(guò)合理設(shè)計(jì)的合金成分，采用TMCP技術(shù)生產(chǎn)的高強(qiáng)度合金鋼S700MC，在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中其斷口出現(xiàn)分層缺陷，采用金相方法對(duì)缺陷部位進(jìn)行分析，是由于鑄坯在凝固過(guò)程中C、Mn等元素的中心偏析以及氧化物夾雜所造成的，通過(guò)對(duì)煉鋼工藝和軋鋼工藝的優(yōu)化可控制拉伸斷口分層現(xiàn)象的發(fā)生。

S700MC高強(qiáng)鋼斷口分層

1　引言

隨著工程機(jī)械向裝備大型化、輕量化及重載荷等方向的發(fā)展，高強(qiáng)度鋼使用比例和質(zhì)量要求都有較大提高，國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼的研發(fā)及生產(chǎn)已取得快速進(jìn)展，對(duì)高強(qiáng)鋼的質(zhì)量和強(qiáng)度要求越來(lái)越高。S700MC屬于屬低碳微合金冷成型用鋼，采用了鈮、鈦微合金化和控軋空冷技術(shù)，廣泛用于工程機(jī)械和車輛結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。

目前，600MPa級(jí)及以上的高強(qiáng)熱軋卷板按的強(qiáng)化機(jī)制主要有兩種，一是低碳貝氏體系列，其特點(diǎn)是在低C或是超低碳的基礎(chǔ)上加一定貝的Mn、Mo、B、Nb、Cr等合金元素，其組織是細(xì)的低碳貝氏體組織。這類鋼的優(yōu)點(diǎn)是有好的低溫沖擊性能，缺點(diǎn)是生產(chǎn)難度大，需要較低的卷取溫度，板卷性能波動(dòng)大；二是析出強(qiáng)化系列，其特點(diǎn)是在C-Mn鋼的基礎(chǔ)上加一定量的Nb、Ti等微合金元素。析出強(qiáng)化系列的優(yōu)點(diǎn)是成形性能好，容易生產(chǎn)。目前，絕大多數(shù)高強(qiáng)板采用析出強(qiáng)化，本論文的高強(qiáng)鋼S700MC就屬此第二系列［1］。

2　試驗(yàn)材料與拉伸斷口分層現(xiàn)象

2.1S700MC化學(xué)成分及力學(xué)性能

S700MC鋼合金成分執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)EN10149-2，化學(xué)成分見(jiàn)表1，鋼卷卷取8小時(shí)以后取樣，要求在尾部3米，板寬1/4處取樣，鋼板厚度12.6mm，進(jìn)行縱向拉伸、沖擊和橫向冷彎實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足S700MC標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)際測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)樣品，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為735和850MPa，伸長(zhǎng)率18.5%，-20℃沖擊功大于70J，冷彎性能良好。

2.2拉伸斷口形貌及分析

S700MC的拉伸試樣，見(jiàn)圖1，通過(guò)進(jìn)行金相分析，S700MC的組織為貝氏體加鐵素體，見(jiàn)圖2，因硬脆相貝氏體體積含量大，鋼板存在較大的殘余應(yīng)力。

在拉伸試樣斷口處取樣進(jìn)行金相分析，經(jīng)過(guò)研磨拋光后，利用金相顯微鏡和掃描電鏡對(duì)試樣斷口處夾雜物以及C、Mn的偏析進(jìn)行觀察，見(jiàn)圖2，發(fā)現(xiàn)中心存在嚴(yán)重的偏析，呈明顯的帶狀分布，通常，鋼液在連鑄坯冷卻凝固過(guò)程中以樹(shù)枝晶的方式長(zhǎng)大，由于選擇結(jié)晶，造成晶內(nèi)和枝晶間的化學(xué)成分不均勻，枝晶間富集了較多的碳、合金元素及硫、磷等雜質(zhì)。連鑄坯加熱時(shí)，碳作為間隙固溶原子在奧氏體內(nèi)部擴(kuò)散分布較均勻，而置換固溶原子錳均勻化較困難，枝晶偏析難以徹底改善，在軋制過(guò)程中，鑄坯的枝晶偏析逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槌善肪戆宓膸钇觯?］。對(duì)拉力分層處中心試樣重新拋光，進(jìn)行夾雜物分析，發(fā)現(xiàn)中心存在夾雜物，檢測(cè)分析其中B類夾雜物達(dá)2.5級(jí)，D類和Ds類分別為1.0和1.5級(jí)，這也是導(dǎo)致拉伸斷口分層的主要原因。

圖1　S700MC拉伸斷口Fig.1 Tensile fracture of S700MC

圖2　S700MC心部顯微組織（厚度方向）Fig.2 Microstructure in the1/4 position（thickness direction）

3　S700MC鋼拉伸斷口分層的控制措施

以上研究表明，拉伸斷口分層的產(chǎn)生的根本原因是連鑄坯澆注鋼水在凝固過(guò)程中合金元素產(chǎn)生的中心偏析造成的，通過(guò)優(yōu)化煉鋼和軋鋼工藝可以加以控制其斷口分層缺陷的形成。

3.1煉鋼工藝優(yōu)化

連鑄坯澆注過(guò)程中的鋼水過(guò)熱度、拉速、扇形段輥道開(kāi)口度及夾雜物控制等因素直接影響連鑄坯中心偏析。鋼水過(guò)熱度是影響等軸晶比例的重要因素。非金屬夾雜物，特別是硫化物、氧化物夾雜的偏聚對(duì)鋼材的性能產(chǎn)生惡劣影響，嚴(yán)重降低鋼材的塑性、韌性［3］。

針對(duì)以上因素，對(duì)煉鋼工藝進(jìn)行了以下優(yōu)化：

（1）中包過(guò)熱度控制在10～30℃，鑄坯拉速保持1.0m/min 恒速澆鑄。

（2）采用輕壓下以及電磁攪拌技術(shù)，以減輕鑄坯中心偏析。

3.2軋制工藝優(yōu)化

優(yōu)化軋制工藝主要目的是改善板坯中心偏析對(duì)鋼卷中心分層的影響和細(xì)化鐵素體晶粒，促進(jìn)Ti（C、N）和Nb（C、N）的彌散析出，細(xì)化晶粒，提高產(chǎn)品強(qiáng)韌性，粗軋采用大壓下工藝，將粗軋的3+5道次調(diào)整為3+3道次，以及降低冷卻速率等。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）S700MC鋼板拉伸斷口分層產(chǎn)生的主要原因是連鑄坯存在C和Mn等元素產(chǎn)生的中心偏析，使脆性相貝氏體在中心碳、錳偏析的區(qū)域優(yōu)先形成，從而造成整個(gè)斷面組織產(chǎn)生較大的差異。

（2）煉鋼工藝可采取控制澆注鋼水過(guò)熱度、降低鑄坯拉速、采用動(dòng)態(tài)壓下或電磁攪拌；軋制工藝粗軋采用大壓下工藝，將粗軋的3+5道次調(diào)整為3+3道次和降低冷卻速率等控制措施避免或減輕S700MC鋼板拉伸斷口分層。

［1］陸匠心.700MPa級(jí)高強(qiáng)度微合金鋼生產(chǎn)技術(shù)研究［D］.東北大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.

［2］崔忠圻，覃耀春.金屬學(xué)與熱處理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. 74-76.

［3］任吉堂.連鑄連軋理論與實(shí)踐［M］.冶金工業(yè)出版社，2002.107-108.

表1　S700MC鋼化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of S700MC /%

徐勇（1979—），男，遼寧沈陽(yáng)人，碩士，工程師，現(xiàn)就職于本鋼產(chǎn)品研究院，研究方向：石油天然氣管道用鋼。