改善Q355B带钢冲击性能生产实践_周靓.pdf

第 卷第期四 川 冶 金 年月 y ，文章编号：（）第一作者：周靓（），男，硕士，工程师，主要从事轧制和热处理相关工作，：。改善 带钢冲击性能生产实践周靓，赵忠云，粟劲超，周波，杨进（广西柳州钢铁集团热轧板带厂，广西 柳州 ）摘要：某钢厂在生产 带钢时存在冲击性能不合格的现象，为了研究热轧过程中对 冲击性能的影响因素。本文结合现场生产状况，利用光学显微镜、冲击试验机等检测手段，分析了各阶段轧制工艺对组织和性能的影响。结果表明，带钢冲击不合格是由于粗轧末道次温度高和轧制压下率小，导致组织产生晶粒粗大、异常贝氏体组织和混晶现象，并且冬季外部环境温度低、冷速快，也易使带钢表面和偏析处形成贝氏体组织。通过采取降低粗轧末道次温度、增加精轧压下率、降低终轧温度等措施后，的带钢组织明显改善，冲击性能合格率达到 。关键词：；冲击性能；金相组织；轧制压下率；粗轧末道次温度中图分类号：文献标识码：o o o o o o ，y ，（，）：y ，y y ，y ，y ，y ，o ：；低合金钢具有优良的力学性能和加工性能，广泛应用桥梁、机械、汽车等重要领域。冲击性能作为 力学性能检测的重要指标，主要用于判断其脆性和韧性程度。为了满足客户的需求，必须保证 冲击性能优良。然而某钢厂在生产 低合金钢时，存在冲击性能不合格的现象。特别是在 年月份，其粗轧工艺从单机架轧制改成 双机架连轧模式，出 现了 较 多 的 冲击性能不合格的钢卷。因此，为了提高 冲击性能的合格率，本文通过生产情况统计、金相分析等方法，对 生产情况、轧制工艺及金相组织进行了分析，找出了造成 冲击性能偏低的原因，并提出了相应改进措施。材料及轧制过程某钢厂热轧 线可生产 厚度的 低合金钢，坯料厚度为 ，成品厚度 中间坯的厚度为 ，成品厚度 中间坯厚度为。该钢种的成分和工艺分别如表、表所示。表材料化学成分单位：表轧制工艺参数在炉时间（）出炉温度（）中间坯厚度（）终轧温度（）卷取温度（）冲击不合格原因分析 生产情况与轧制工艺分析通过对该厂 年 的生产情况进行统计，分析轧制工艺对带钢冲击性能的影响。表为 年月至 年月 的生产情况统计。由于 年月，该钢厂的粗轧轧制工艺发生改变，采用了 连轧模式，因此对 年月 生产和轧制工艺情况进行具体统计，如表所示。由表可知，带钢成品宽度为 和 粗轧分别采用道次和道次轧制，其冲击不合格比例约为:，这说明冲击性能与带钢成品宽度规格和粗轧轧制道次关系不大。然而对比成品厚度可以发现厚度和厚度的 不合格比例约为:，可见生产过程中 冲击性能与带钢的成品厚度有明显的联系。另外，通过表可知，年月粗轧采用连轧模式后，粗轧的轧制时间大大缩短，导致粗轧末道次温度高 ，冲击性能不合格的明显增多，因此月份粗轧连轧是影响钢卷冲击性能不合格主要原因。金相分析由于 存在性能不稳定的情况，特别在 年月粗轧工艺改变后出现了较多冲击性能不合格的现象。因此根据不同工艺，从 钢卷中的选取块试样的进行金相分析，试样编号为、和。表和表分别为试样的轧制工艺情况和冲击性能数据。冲击功国标（）要求最小值和平均值均大于等于。表 年月至 年月 生产情况统计生产时间取样块数不合格卷数成品规格（）中间坯厚（）粗轧道次 （宽）年月 （宽）年月 （厚）（厚）表 年月 生产和轧制工艺情况统计生产时间取样块数不合格卷数宽度规格（）粗轧道次粗轧末道次温度（）终轧温度（）年月 （）（）表试样的轧制工艺情况试样编号规格（）粗轧道次粗轧末道次温度（）精轧入口（）终轧温度（）（合格）（不合格）（）（不合格）四川冶金 第 卷表试样的冲击性能数据试样编号冲击功冲击功冲击功冲击功平均值（合格）（不合格）（不合格）、和试样经过制样、磨制、抛光和腐蚀后，观察其金相组织，其不同部位的金相组织如图、图和图所示，组织分析情况如表所示。从图、图、图和表可以看出，冲击性能不合格试样和相较于试样的主要特征有：（）晶粒相对较大。与试样 的晶粒度相比，和试样 和的晶粒度小了级，而晶粒大小与带钢强度和塑性密切相关，晶粒越小，强度和塑性越高，冲击性能也越好。（）存在带状组织和贝氏体。其原因是钢水在凝固过程中枝晶偏析形成成分不均匀的枝晶组织，在轧制过程中枝晶组织沿轧制方向拉长，形成合金元素富集与贫化带。如 元素会增加奥氏体的稳定性，带钢中 富集的带状区域 低，不易产生铁素体，而贫化带 温度较高，则优先相变形成先共析铁素体，铁素体析出加剧了相邻高 区域奥氏体的含碳量，导致相变形成带状珠光体组织，有的甚至会形成贝氏体。带状组织的强弱带之间会产生应力集中，会造成冲击性能降低。另外，硬相贝氏体组织的存在也会造成应力集中，在冲击试验过程中，裂纹极易扩展，从而降低钢板的冲击性能。（）混晶现象。和试样中的铁素体大多为粗大的长条状、块状和细小的等轴状，晶粒大小差异较大。长条状铁素体为先共析铁素体，其晶粒优先长大并且粗大，导致组织均匀性差，使冲击性能降低。此外，由 金 相 检 测 结 果 可 知，冲 击 不 合 格 的 板材中含有一些 类硫化物、类氧化铝和 单颗粒球状类，但总体较少，对冲击性能影响较小。分析与讨论 轧制压下率对组织的影响通过分析发现了成品厚度与冲击性能有很明显的关系。对比厚度不同的和试样的金相组织，的试样其铁素体晶粒尺寸明显要比 的试样的大，还出现了混晶现象，而且试样的中心组织中还存在带状组织和贝氏体，这些都是导致其冲击性能降低的原因。通过坯料和中间坯厚度计算得到和试样粗轧压下率分 别 为 和 ，精 轧 压 下 率 分 别 为 和 ，可见粗轧压下率差别不大，而精轧压下率相差 。(a)(b)(c)FP3 0 m3 0 m3 0 m（）表层组织；（）处组织；（）中心组织图试样 的金相组织(a)(b)(c)3 0 m3 0 m3 0 m（）表层组织；（）处组织；（）中心组织图试样 的金相组织第期 y(a)(b)(c)G BG B带状组织3 0 m3 0 m3 0 m（）表层组织；（）处组织；（）中心组织图试样 的金相组织表热轧 冲击不合格试样金相组织统计情况钢卷号组织边部板厚中心处晶粒度级夹杂物（合格）、（不合格）（不合格）注：组织符号：铁素体，珠光体，贝氏体；夹杂物符号：硫化物类氧化铝类硅酸盐类球状氧化物类 单颗粒球状类 带钢的精轧温度是在奥氏体未再结晶温度区域。在奥氏体未再结晶区变形，奥氏体晶粒被拉长变窄，使奥氏体晶粒内的位错等缺陷积累，为奥氏体向铁素体相变形核提供位置。当压下率增大时，可进一步增加相变前奥氏体中形变带密度，进一步细化铁素体晶粒，同时抑制先共析铁素体的长大，避免混晶现象产生。相关研究也表明增加未再结晶区域累积变形量，可提高相变驱动力，细化相变后组织晶粒度。带状组织是由枝晶偏析引起，一般在足够的压下工艺下，可以破碎板坯中的枝晶组织。在精轧轧制时，带钢厚度相较粗轧薄，大的精轧的压下率，更易加强带钢的变形渗透，使带钢的心部发生充分的变形，有利于破碎粗大的柱状晶，减少心部的偏析，降低带状组织的产生。因此，精轧压下率对组织的晶粒尺寸、混晶现象和带状组织影响显著。粗轧末道次温度对组织的影响对比连轧试样和单轧试样的金相组织可以发现，连轧的铁素体晶粒较粗大。这是由于粗轧连轧的粗轧末道次温度要比单轧的温度高 。粗轧末道次温度过高，带钢在中间辊道运输过程中，发生奥氏体再结晶晶粒长大现象，使奥氏体晶粒尺寸变的粗大。奥氏体晶粒粗大，晶界面积减小，使得铁素体晶粒形核位置减少，从而导致铁素体晶粒变粗。此外，粗轧末道次温度高会导致精轧过程温度高，生产过程中为了保证终轧温度命中，会通过降低轧制速度的方式降低带钢温度，导致精轧变形速率降低，从而使变形产生的位错因温度高、变形速率慢发生回复，减少了铁素体形核位置，不利于细化铁素体晶粒。因此，粗轧末道次温度过高，会导致组织晶粒粗大，降低 的冲击性能。冷速与环境因素图为 年月至 年月冲击性能不合格钢卷数据统计。从图中可以看出，不合格钢卷（红色条形图）主要分布在冬季。收集了 年全年取样试验的金相组织，统计发现在其他季节的不合格样品中出现异常贝氏体组织较少。由此可推断，异常贝氏体组织易在冬季外部环境气温降低影响下形成。外部环境温度低，会增加钢板温度与环境温度的温度差，使得带钢表面温降过快，导致表面产生贝氏体组织。此外，在带钢偏析不严重的情况下，在、元素富集的区域也会产生贝氏体，如果带钢的元素偏析严重还会加剧带钢异常组织贝氏体产生。改善措施及效果 改善措施为了减少上述因素对 冲击性能的影响，结合现场生产，采取了以下措施：（）粗轧采用连轧生产时，为了降低粗轧末道次温度，采取降低加热温度和增加粗轧喷水道次的措施。将出炉温度降到 ，粗轧末道次温度控制到 以下。降低加热温度还可防止加热炉中奥氏体晶粒长大。四川冶金 第 卷2 0 2 0 年1 月至2 0 2 2 年2 月不合格卷数/产量(万吨)3 53 02 52 01 51 050不合格卷数产量(万吨)11 0 1 1 1 27894562311 0 1 1 1 2789456231212图 年月至 年月冲击性能不合格卷数据统计（）增加精轧压下率。对于厚度的厚规格 带钢，通过增加坯料厚度和中间坯厚度的方式，增大轧制总压下率和精轧奥氏体未再结晶区的累积变形量。有利于带钢的变形渗透，减轻原始组织中的偏析影响。并且随着压下率的增加，奥氏体晶粒内部形成的变形带增多，提供了更多的铁素体形核点，达到细化铁素体晶粒目的。（）在环境温度下降的情况下，降低带钢终轧温度，可有效缩小带钢自身温度与环境温差，降低冷却速率，避免异常组织产生。此外还可优化层流模式，防止冷速过快，使带钢表面产生贝氏体。工艺改善后 的金相组织和冲击性能选取 工 艺 改 善 后 的 带钢进行试验，测得冲击功平均值为 ，冲击性能明显提高。工艺改善后连轧与单轧的带钢组织相似，金相组织如图所示，从图中可以看出，改善后带钢表层和处的组织都为铁素体和珠光体（）；中心组织为铁素体、珠光体和少量的贝氏体（），贝氏体和带状组织明显减少；带钢组织的晶粒度级别为 ，晶粒尺寸明显变小，晶粒均匀性增加。为了了解工艺改善后整体生产情况，对后续 年月生产的 冲击性能进行统计，冲击性能合格率从 年月份 提升到 ，冲击性能合格率大幅提升，工艺改善效果明显。(a)(b)(c)G B3 0 m3 0 m3 0 m（）表层组织；（）处组织；（）中心组织图工艺改善后试样 的金相组织结论（）通过金相分析得出，带钢冲击不合格的主要原因是组织晶粒较大，含有带状组织和贝氏体组织，并且存在混晶现象。（）带钢的冲击性能下降的因素：以上的带钢精轧轧制压下率较低，使得心部带状组织保留，易形成贝氏体组织，而且位错密度低，不利于细化铁素体晶粒，易使先共析铁素体长大，产出混晶现象；粗轧采用连轧后，粗轧末道次温度较高，引起奥氏体晶粒长大，使得最终铁素体组织粗大；冬季环境温度下降易产生贝氏体组织。（）通过采取降低粗轧末道次温度、增加精轧压下率、降低终轧温度等措施后，冲击性能提高，冲击性能合格率提升到 。参考文献：陈建超，庞洪轩，温超，等终轧温度对加 低合金 钢板组织性能的影响中国冶金，（）：邢飞，王会岭，杨雄 终轧温度对 低合金钢力学性能的影响宽厚板，（）：王丽云，刘志勇，于玮弘 中厚板延伸率不合格原因分 析 及 改 进 河 北 冶 金，（）：徐栋，陈晓山，赵虎薄规格 低温冲击不合原因分析和对策措施新疆钢铁，（）：王彩虹，王智轶 钢板伸长率不合的原因分析宽厚板，（）：夏志升，徐筱芗，孙广辉 卷轧薄板低温冲击性能不合原因分析与对策 冶金丛刊，（）：王立学 厚规格普碳钢板冲击性能不合原因分析 仪器仪表与检测技术，（）：，赵军薄板 冲击性能不合改善研究 第九届中国钢铁年会论文集 ：严翔，李德发，官计生，等形变对低碳微合金化热处理钢组织和性能 的 影 响 金属热处理，（）：马永福，胥明旺，叶高旗，等 加热工艺窄范围控制对 铸坯原始奥氏体晶粒度的影响河北冶金，（）：顾林豪，隋鹤龙，王彦锋 厚板低温冲击性能不合原因分析与对策 轧钢，（）：第期 y