Q235B热轧带钢冷弯开裂原因分析及措施_李晓冬.pdf
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1、Q235B 热轧带钢冷弯开裂原因分析及措施李晓冬,李亮,赵文,金柱元(日照钢铁控股集团有限公司,山东日照276806)摘要:针对客户在使用 Q235B 热轧带钢的过程中频繁出现分层开裂的问题,对带钢分层开裂原因进行分析调查,并对开裂试样进行高倍、夹杂物和能谱检测分析,调查厂内工艺执行情况,进行成分控制。结果表明:开裂位置存在带状偏析,且硫化物夹杂含量较高,形成裂纹源,恶化了钢带延展性能,导致在拉伸或折弯过程中开裂。通过控制钢水过热度 1225、提升 m(Mn)/m(S)10、精炼出站 wCa2010-6、优化铸坯冷却工艺及轧制工艺等措施,铸坯厚度 1/4 位置 C 偏析及 MnS 夹杂物聚集得
2、到控制,有效解决了因厚度 1/4 位置开裂造成的质量异议问题。关键词:Q235B;带状偏析;1/4 厚度;硫化物;冷弯开裂中图分类号:TG142文献标识码:A文章编号:1672-1152(2023)05-0022-040引言Q235B 为普通碳素结构用钢,主要应用于焊管、钢构、桥架、货架、五金和机械等行业,用户对钢板质量及成型性能的要求也越来越高。近期,公司板材炼钢制造部的 Q235B 热轧带钢在客户应用过程中频繁出现分层开裂的问题1,且多家客户反馈此类问题。检测结果初步表明,钢卷在厚度 1/4 厚度位置存在偏析带组织异常及长条状 MnS 夹杂物,偏析带及 MnS夹杂物破坏了钢基体的连续性,降
3、低了钢的强韧性 2-3 ,导致成形过程出现分层开裂现象4。针对分层开裂问题,本研究对开裂钢卷厚度方向的成分分布进行了检测和分析,并通过相关文献研究成果,指出了组织异常的原因和 MnS 夹杂物形成的原因,提出了改善开裂缺陷的控制措施。1开裂钢卷的现状调查针对开裂钢卷,对其组织异常、夹杂物成分及厚度方向成分分布进行检测。1.1开裂实物特征某客户 2 块 Q235B 折弯开裂缺陷试样,如图 1所示。从图 1 可以看出,钢卷厚度约 1/4 位置和中心位置存在带状偏析组织,但 1/4 位置的偏析更加严重。1.2夹杂物位置夹杂物形貌及成分开裂位置除了偏析带还存在夹杂物,通过查看裂纹夹杂物形貌,还发现了条带
4、状 A 类夹杂物,如图 2所示。由图 2 可见,钢卷厚度 1/4 处均存在 A 类夹杂物带。对 A 类夹杂物做电镜扫描,进行成分分析,如图3 所示。由图 3 可见,开裂位置的夹杂物成分以 S、Mn 成分为主。收稿日期:2023-01-13第一作者简介:李晓冬(1986),男,河北邢台人,硕士,毕业于辽宁科技大学,工程师,研究方向这炼钢夹杂物控制、炼钢工艺开发、新品种开发、铸坯质量控制等。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.009图 1Q235B 折弯开
5、裂试样图 2裂纹周围夹杂物形貌图 3夹杂物成分检测50 m50 m200 m14121086420强度/cpsSSCrCrCFeFeMnMn2468101214161820能量/keV试(实)验研究2023 年第 5 期图 4开裂钢卷成分对比1.3开裂钢卷不同位置的成分分析对开裂钢卷,分别在表层位置和厚度 1/4 位置做成分分析,检测 C、Mn、S 和 Als 等成分,检测结果如图 4 所示。成分检测结果表明:厚度 1/4 位置的 C、S 成分偏高,Mn 含量偏低,Als 变化不大。S 在厚度 1/4 位置偏析严重,含量达到 0.015左右,且 Mn 含量较低,导致 Q235B 的 m(Mn)
6、/m(S)比偏低。2钢卷开裂机理分析通过调查分析可知,导致钢卷开裂的主要原因为:厚度 1/4 位置因 C 含量不一致,导致出现偏析带组织,厚度 1/4 位置存在 MnS 夹杂物带。根据相关文献机理研究及实际检测结果,对开裂原因进行分析。2.1铸坯凝固对元素偏析的影响分析钢液与结晶器铜板接触,温度急剧下降,形成表层细小等轴晶区,成分均匀。随后,由于坯壳存在较大的温度梯度,向钢液中心定向凝固,形成一个垂直于铸坯表面生长的一次枝晶区,因成分在固液相溶解度不同,在凝固界面会发生元素再分配。铸坯温度梯度较大,一次枝晶生长迅速,元素枝晶间隙及末端析出、富集,至约为铸坯厚度方向 1/4 的位置。靠近中心部位
7、的钢液因结晶潜热通过柱状晶已释放,液体温度梯度减弱,柱状晶停止生产,在中心部位形成中心等轴晶区,心部凝固收缩,富集元素钢液补缩,造成心部 C偏析最严重5。钢材与连铸坯碳偏析规律不同,连铸坯的中心偏析突出,1/4 偏析次之。铸坯在加热炉加热过程中,碳扩散溶解,使中心碳偏析下降,铸坯中间部位组织发生改变。1/4 位置因周围 C 浓度均偏高,偏析改善相对较小,使得钢材厚度 1/4 处偏析显得突出。2.2MnS 夹杂物的析出对 Q235B 开裂带钢中的夹杂物进行分析,由金相及电镜扫描结果可知,分层开裂的 Q235B 板材中含有较多的硫化物夹杂物6,分布于试样的中心或 1/4处,呈条带状连续或断续分布。
8、在钢板轧制过程中,钢中的塑性夹杂物硫化物发生变形,并沿轧制方向延伸形成条带状,这种条带状的夹杂物使金属材料的断面收缩率、伸长率显著降低。因夹杂物破坏了基体的连续性,在夹杂物与基体交界处就是强度最弱区。当试样受到拉伸变形时,在外力作用下,夹杂物周围将产生应力集中而引起塑性变形,最终导致试样断裂,使得断裂前试样的总变形量小,从而导致延伸率不合格。铸坯表层处观察到的 MnS 夹杂尺寸很小,而在内外弧 1/4 处7和近中心处观察检测到 100 m 以上大尺寸链状 MnS 夹杂物,这些大尺寸 MnS 夹杂物在轧制后易成为 A 类夹杂超标源。2.3钢卷开裂原因小结1)铸坯厚度方向上 1/4 位置的 C 成
9、分偏析。铸坯厚度 1/4 处和中心均存在 C 偏析现象,但因加热及轧制工艺的影响,钢卷的中心 C 偏析现象大大减轻,而厚度 1/4 位置的 C 偏析没有得到减轻,反而变得突出。此时,该位置因 C 含量差异产生的带状组织更为严重。2)钢中 S 含量高,凝固过程中大量 MnS 析出,相对于铸坯中心位置,该位置夹杂物尺寸要大于铸坯中心,成为开裂源。4-1C 的箱线图4-2Mn 的箱线图4-3S 的箱线图4-4Als 的箱线图0.230.220.210.200.190.180.170.16w(C)/%0.184 2750.175 6671/4 厚度表面位置0.2510.2500.2490.2480.2
10、470.2460.2450.2440.2430.242w(Mn)/%0.244 3750.248 3671/4 厚度表面位置0.015 50.015 00.014 50.014 00.013 5w(S)/%0.015 50.014 31/4 厚度表面位置0.015 250.015 000.014 750.014 500.014 250.014 000.013 750.013 50w(Als)/%0.014 466 70.014 51/4 厚度表面位置李晓冬,李亮,赵文,等:Q235B 热轧带钢冷弯开裂原因分析及措施23山西冶金E-mail:第 46 卷3钢卷开裂的控制措施3.11/4 偏析带的
11、控制目前铸坯偏析最严重的位置是中心部位,其次是铸坯厚度 1/4 位置,这是铸坯凝固的固有现象。但轧制后,钢卷中心部位 C 成分偏析减弱了,而 1/4 位置没有减弱。因此,要减弱铸坯 1/4 位置偏析的现象。从凝固理论分析,钢水需采用低过热度浇注,过热度控制为 1525,结晶器及二冷区进行弱冷,优化电搅位置,电搅位置由 3 号段调整至 2 号段,保证在 1/4 位置进行搅拌,避免元素及夹杂在 1/4 位置偏析聚集。3.2MnS 析出的控制3.2.1在炼钢过程中进一步降低 w(S)S 在钢中因极易与 Mn 形成 MnS,有着较高的溶解度。要想控制 MnS 的析出,降低钢中 MnS 夹杂的含量,控制
12、炼钢过程中的 w(S)是最有效的途径之一。通过试验,一般要求 m(Mn)/m(S)10,中包 w(S)应控制到 0.010以下。将 MnS 夹杂进行变性处理,按铸态硫化物夹杂的形貌特征,将其分为 I 类硫化物、II 类硫化物和 III类硫化物三类,形态如图 5 所示。1)I 类硫化物:均匀分布的球状硫化物夹杂,尺寸较大。该类硫化物夹杂为与 MnO 复合共存的偏晶反应产物,常见于 w(O)为 8010-610010-6的沸腾钢中。这类硫化物夹杂的热塑性较低,在轧材中为纺锤状,是自动机(用)钢(以切削性能为主,力学性能为辅的钢材)的理想夹杂。但是,对力学性能要求较高的含硫易切结构钢而言,因该类夹杂
13、的尺寸过大、数量过多,而不再是理想夹杂。2)II 类硫化物:沿晶界分布的薄膜状、棒状(也有其他学者将其描述为扇状或链状)硫化物夹杂。该类硫化物夹杂通常存在于无过剩铝脱氧的镇静钢中,是由钢水凝固末期所发生的共晶反应而形成的 MnS 或FeS 夹杂,具有簇状聚集特征,在空间连结成一个完整的枝晶间网。II 类硫化物夹杂具有较高的塑性变形能力,在轧制时将转动到轧制平面方向上,引起钢材横向塑性和韧性急剧下降,是十分有害的。3)III 类硫化物:边、角、面清晰可见的硫化物夹杂。该类硫化物夹杂常见于用过剩铝脱氧的钢中,为离异共晶产物,多分布于晶界,但无簇状聚集特征。在未经化学变性处理的钢中,该类硫化物夹杂的
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