特厚鋼板熱處理后頭尾分層控制研究

殷延濤

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部， 山東 萊蕪 271104）

隨著中厚板生產(chǎn)技術(shù)的逐漸發(fā)展，用戶對鋼板質(zhì)量要求越來越高。特厚中厚板作為一種高附加值產(chǎn)品廣泛用于礦山機械、海工平臺等領(lǐng)域，由于使用環(huán)境較為惡劣，對其性能要求較高。鋼板分層是一種常見的板材缺陷，嚴(yán)重時導(dǎo)致整張鋼板開裂分層，造成厚度方向性能急劇惡化，此種情況，生產(chǎn)過程中往往判廢處理，造成重大損失的同時，也影響了鋼廠產(chǎn)品形象。

萊鋼4 300 mm 寬厚板生產(chǎn)線，可批量生產(chǎn)6～100 mm 規(guī)格，70 mm 及以上規(guī)格為保證性能均勻性需進行熱處理，在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)此規(guī)格鋼板熱處理后頭尾出現(xiàn)分層，數(shù)量較多，嚴(yán)重影響了合同交付，針對此類缺陷，技術(shù)人員通過組織分析，工藝排查，確定了缺陷主要原因，制定了專項控制措施，缺陷率明顯下降。

1 分層原因分析

1.1 組織分析

選取頭尾分層缺陷發(fā)生幾率較大的牌號：Q345D，規(guī)格：75 mm×2 500 mm（其成分如表1），截取試樣缺陷部位進行金相分析，如圖1 圖2。

表1 75 mmQ345D 成分組成 %

圖1 低倍組織形貌

圖2 裂紋處組織形貌

由圖1 可以看出，經(jīng)過酸洗后，鋼板分層明顯，可見一條黑線，向兩側(cè)寬度方向延伸，裂紋深度較大，可使產(chǎn)品喪失使用功能，屬于嚴(yán)重缺陷；從圖2可以看出，分層部位中心偏析十分嚴(yán)重，帶狀組織明顯。連鑄過程中，由于鑄坯組織中的柱狀晶均勻向中心發(fā)展，中心最后凝固的鋼水富含C、Mn、Si、S 等低熔點溶質(zhì)元素，此類元素形成的硫化物、硅錳氧化物等與鋼基體熱膨脹系數(shù)不同，熱處理完畢，冷卻過程中的收縮應(yīng)力不一致，使得部分長條狀硫化物的尖端與基體界面處出現(xiàn)微小孔洞，隨著應(yīng)力增大，鋼板上下部分沿缺陷部位開裂形成分層[1]。萊鋼70 mm及以上鋼板大部分采用單坯組板，連鑄坯頭尾由于處于開澆及澆完處，鋼液溫度較高，容易氧化，且易卷渣，夾雜物比其他部位多，更容易產(chǎn)生分層缺陷。

1.2 工藝分析

1）軋制壓縮比過小。軋制過程中，如果軋制壓縮比較大，大變形量條件下，有利于連鑄坯內(nèi)部的疏松、縮孔、夾雜等缺陷焊合，萊鋼寬厚板最后供料坯型為300 mm，軋制70 mm 鋼板壓縮比僅有4.3 左右，壓縮比過小，內(nèi)部缺陷不易焊合。

2）連鑄坯在爐時間不足。連鑄坯在爐時間充分，經(jīng)過加熱，一方面可以起到高溫退火[2]作用，有利于鑄坯內(nèi)部氫、夾雜物等有害物質(zhì)的擴散，減少中心偏析影響；另一方面，可以提高鑄坯芯部溫度，減小芯部與表面溫度差，降低熱應(yīng)力影響。

3）剪切方式不當(dāng)。萊鋼寬厚板生產(chǎn)線，熱處理鋼板一般需先切割后，再進行熱處理，由于熱處理過程中，缺陷部位夾雜物由于熱膨脹系數(shù)與基體不同，在應(yīng)力作用下開裂分層。

此外如果周圍環(huán)境溫度過低，火焰切割過程中預(yù)熱不充分，缺陷部位在熱應(yīng)力的作用下也較易出現(xiàn)裂紋。

4）緩冷時間不足。連鑄坯、鋼板經(jīng)過充分緩冷可以有效促進氫、偏析組織擴散。對于低合金鋼來說，C、Mn 偏析較為嚴(yán)重，鑄坯緩冷時間充足可以最大程度降低C、Mn 微觀偏析，進而降低鋼板中心偏析。鋼板經(jīng)過矯直下線及時緩冷，可以促進氫元素擴散，降低中心偏析影響。

1.2 探傷分析

按照國標(biāo)要求，調(diào)節(jié)為底波50%波高加10DB，對缺陷鋼板進行探傷，經(jīng)過探傷發(fā)現(xiàn)缺陷集中分布在鋼板厚度中心位置左右，缺陷波高度20%以下約91%，波高20%～50%約7%，波高50%以上約3%。缺陷為點狀密集型或離散型，大部分為離散型，單個缺陷面積為直徑15 mm 左右，可以判定鋼板存在偏析或者疏松缺陷。

2 措施控制

2.1 嚴(yán)格控制連鑄坯成分

C 含量控制應(yīng)避開包晶區(qū)，盡量按照內(nèi)控上限或者下限控制，同時嚴(yán)格控制S、P 含量，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)w（S）、w（P）分別小于0.15%時，裂紋發(fā)生幾率明顯降低[3]。

2.2 延長連鑄坯在爐時間

300 mm 坯型加熱速度最低按9～10 min/cm 執(zhí)行，均熱段在爐時間不得小于40 min，保證合金元素充分固溶，減少中心偏析，具體加熱溫度如表2 所示。

表2 加熱制度

2.3 采用大壓下軋制

粗軋軋制階段保證完全再結(jié)晶區(qū)軋制，前三個道次壓下率不得小于，充分破碎芯部晶粒，促使鑄坯內(nèi)部夾雜物、縮孔等缺陷軋合。

2.4 優(yōu)化剪切方式

一方面優(yōu)化剪切順序，熱處理前保留頭尾，不定尺，熱處理后充分緩冷后，剪切定尺，避免頭尾缺陷部位熱處理過程中開裂。

另一方面剪切前充分預(yù)熱，采用雙火焰槍切割，一槍預(yù)熱，一槍切割方式，預(yù)熱溫度200～300 ℃，切割速度100～150 mm/min。

2.5 保證連鑄坯、鋼板充分緩冷

連鑄坯下線后緩冷時間不得小于48 h，鋼板軋后緩冷時間如表3 所示。

表3 鋼板軋后緩冷時間

3 效果驗證

通過采取以上措施，70 mm 及以上厚度熱處理鋼板頭尾分層問題基本得到了控制，分層率由5%控制至2%以內(nèi)，有效減少了生產(chǎn)損失。

4 結(jié)語

特厚熱處理鋼板，熱處理前充分緩冷，保留頭尾，熱處理完畢，火切按要求預(yù)熱等軋線工藝措施可以減少夾雜物缺陷處因升降溫引起的分層現(xiàn)象。此外嚴(yán)格控制S、P 等元素含量，合理設(shè)計C 含量，盡量減少連鑄坯原生缺陷，是從源頭解決問題的根本辦法。