碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋斷帶原因分析

趙麗明,谷國(guó)剛,谷國(guó)華

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司,新材料研究所,山東萊蕪 271100)

碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋斷帶原因分析

趙麗明,谷國(guó)剛,谷國(guó)華

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司,新材料研究所,山東萊蕪 271100)

采用化學(xué)成分分析、機(jī)械性能檢測(cè)、金相分析以及掃描電鏡分析等方法,對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195冷軋斷帶鋼板進(jìn)行分析。結(jié)果表明,冷軋板斷帶事故的發(fā)生是由于鋼板晶界處存在大量塊狀、半網(wǎng)狀碳化物所致。

碳素結(jié)構(gòu)鋼;斷帶;塑性

1 引言

碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195冷軋板的含碳量低,強(qiáng)度不高,塑性、韌性和焊接性能好,鋼帶表面光潔,冷加工性能優(yōu)良,大量用于汽車、冰箱、洗衣機(jī)等家用電器設(shè)備,以及產(chǎn)業(yè)設(shè)備、各種建筑材料。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,冷軋鋼板已被稱為現(xiàn)代社會(huì)的必須材料。

針對(duì)3.5 mm×1250 mm規(guī)格的Q195熱軋?jiān)?在冷軋到0.9 mm厚度時(shí)出現(xiàn)的斷帶事故進(jìn)行分析,并在找到原因的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2 樣品分析

2.1 成分分析

取斷帶鋼卷對(duì)應(yīng)酸洗板進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果可知,鋼帶成分符合國(guó)標(biāo)GB/T 700-2006要求。

2.2 力學(xué)性能檢測(cè)

取斷帶鋼卷對(duì)應(yīng)酸洗板進(jìn)行力學(xué)性能及硬度檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果可知,鋼帶強(qiáng)度較高,屈服強(qiáng)度明顯超出國(guó)標(biāo)GB/T 700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》的規(guī)定下限(195 MPa),抗拉強(qiáng)度接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限(430 MPa),而延伸率接近標(biāo)準(zhǔn)下限(33%)。

表1 酸洗板化學(xué)成分

表2 酸洗板力學(xué)性能

2.3 非金屬夾雜物檢測(cè)

非金屬夾雜物以D類為主,為1.0級(jí),斷帶部位無(wú)異常夾雜物。

2.4 顯微組織

2.4.1 4%硝酸酒精腐蝕

取斷帶冷硬板試樣,用4%硝酸酒精腐蝕后,進(jìn)行金相組織檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)圖1,發(fā)現(xiàn)在斷口部位及遠(yuǎn)離斷口部位均存在數(shù)量較多的半網(wǎng)狀、塊狀物質(zhì),該物質(zhì)均沿鐵素體晶界分布。

圖1 4%硝酸酒精腐蝕后組織

2.4.2 堿性苦味酸鈉腐蝕

為區(qū)分組織中的異常塊狀、半網(wǎng)狀物質(zhì)為滲碳體還是鐵素體,將金相樣品置于堿性苦味酸鈉溶液(氫氧化鈉25 g,苦味酸2 g,水100 ml)煮沸10 min,取出沖洗干凈并吹干,于顯微鏡下觀察組織形態(tài)(見(jiàn)圖2)發(fā)現(xiàn),塊狀物質(zhì)均呈黑色,由此確定該物質(zhì)為游離滲碳體。

圖2 堿性苦味酸鈉腐蝕后組織

2.5 掃描電鏡分析

對(duì)電鏡樣品進(jìn)行掃描電鏡分析(見(jiàn)圖3)發(fā)現(xiàn),游離滲碳體呈塊狀、半網(wǎng)狀分布于鐵素體晶界處,且鐵素體晶界處存在大量孔洞,對(duì)其進(jìn)行能譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn),孔洞處多為Fe3C成分。

圖3 掃描電鏡及能譜分析結(jié)果

3 討論

由于碳化物顆粒比基體硬,不會(huì)變形,從而急劇降低材料的韌性、提高其強(qiáng)度(事故樣品酸洗板強(qiáng)度明顯偏高),成為冷變形過(guò)程中的裂紋源,使其冷加工能力急劇下降,造成熱卷在后續(xù)冷軋過(guò)程中極易出現(xiàn)邊裂缺陷,從而導(dǎo)致斷帶質(zhì)量事故的發(fā)生。

鋼板強(qiáng)度高、塑性低與熱軋過(guò)程中溫度控制不好有關(guān),主要是由于板坯終軋溫度、卷取溫度過(guò)高所致。熱軋板的卷取溫度直接影響著熱軋鋼帶中的滲碳體析出狀態(tài)。低碳熱軋鋼帶滲碳體的析出主要體現(xiàn)為游離狀態(tài),滲碳體的分布、形態(tài)和數(shù)量隨卷取溫度的不同而不同。有研究表明[3],溫度在520℃時(shí)進(jìn)行熱軋卷取,鋼帶晶界上滲碳體較少,晶內(nèi)有呈微小白點(diǎn)狀的滲碳體析出;溫度在550℃卷取時(shí),滲碳體形態(tài)與520℃卷取時(shí)的差不多,但在晶界上明顯可以見(jiàn)到點(diǎn)狀滲碳體;卷取溫度繼續(xù)升高,晶界上的滲碳體也隨之逐漸粗化和聚集,點(diǎn)鏈狀的滲碳體圍繞著晶界分布,嚴(yán)重的甚至形成白亮的半網(wǎng)狀、條塊狀。

由此可見(jiàn),卷取溫度偏高時(shí),滲碳體容易在晶界處以半網(wǎng)狀、條塊狀形態(tài)析出,在冷軋過(guò)程中,晶界處半網(wǎng)狀、條塊狀的滲碳體將被壓碎,形成微觀空隙,從而大大降低了鋼帶的塑性,使鋼帶脆性增加,從而沿著這些空隙產(chǎn)生開(kāi)裂,導(dǎo)致斷帶等事故的發(fā)生。

4 結(jié)論及改進(jìn)措施

(1)此次冷軋板斷帶事故的發(fā)生是由于鋼板晶界處存在大量塊狀、半網(wǎng)狀碳化物所致。

(2)呈鏈狀、網(wǎng)狀、3塊狀分布的游離滲碳體脆性大、塑性低,其集中分布于鐵素體晶界時(shí)會(huì)大大降低金屬材料的力學(xué)性能,致使鋼板的整體脆性增加,塑性降低,在進(jìn)一步冷加工時(shí),容易導(dǎo)致材料發(fā)生脆斷而出現(xiàn)開(kāi)裂、斷帶等事故的發(fā)生。因此,對(duì)于需進(jìn)行冷軋、深沖等后續(xù)冷加工的熱軋鋼帶而言,塊狀、半網(wǎng)狀等滲碳體沿晶界析出現(xiàn)象是應(yīng)該盡量避免的。

(3)滲碳體尺寸決定于卷取溫度,而滲碳體在鋼組織中的分布是由終軋溫度決定的。卷取溫度高,滲碳體集聚,尺寸較大;而卷取溫度低,則滲碳體尺寸較小。在卷取溫度較高時(shí),提高終軋溫度與降低終軋溫度,滲碳體在鋼中分布的均勻程度也不同。最好的熱軋軋制條件是,為了得到均勻晶粒以及細(xì)小分散均勻分布的滲碳體,終軋溫度應(yīng)略高于Ar3。軋后為防止晶粒長(zhǎng)大和滲碳體粗大,要盡可能快速冷卻,保證成卷溫度低于Ar1。

(4)為獲得具有優(yōu)良性能的冷軋板,應(yīng)嚴(yán)格選用組織狀態(tài)良好的熱軋板,熱軋生產(chǎn)工藝嚴(yán)格按照“三高一低”的原則進(jìn)行控制,保證低溫卷取,為減少塊狀、半網(wǎng)狀滲碳體沿晶界析出,應(yīng)控制卷取溫度低于660℃,而分散堆放有利于減少三次滲碳體的產(chǎn)生。

[1] 莊東叔.材料失效分析[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,2009.

[2] GB/T 13299-1991鋼的顯微組織評(píng)定方法(S).

[3] 李明明.控軋控冷工藝的技術(shù)研究及應(yīng)用[J].邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2011.

[4] 劉云旭.金屬熱處理原理[M].1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981.

[5] 俞漢清.金屬塑性成形原理[M].1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

The Analysis of the Causes of Carbon Structural Steel Cold Rolled Strip Break

ZHAO Liming,GU Guogang,GU Guohua
(Shandong Taishan Steel Co.,Ltd.,New Material Research Institute, Laiwu 271100,Shandong,China)

By chemical composition analysis,mechanical property testing,metallographic analysis and SEM analysis, analysis of carbon steels Q195 cold-rolled strip steel.Results show that manufacture with the accident is due to the broken plate boundary exists for a large number of block,half carbide network.

carbon structural steel,strip break,plasticity

TG142.41

A

1001-5108(2017)01-0028-03

趙麗明,工程師,主要從事新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與材料失效分析。