AH60中厚板延伸性能不合原因的分析及改進

程永固 林夢橋 王景 趙朝暉 陳萌

(安陽鋼鐵股份有限公司)

AH60中厚板延伸性能不合原因的分析及改進

程永固 林夢橋 王景 趙朝暉 陳萌

(安陽鋼鐵股份有限公司)

針對AH60鋼板，在生產中存在部分延伸性能不合的現象，采用光譜分析、SEM以及 EDS等多種分析手段對其化學成分、斷口、非金屬夾雜物和顯微組織進行了分析，認為：將碳含量控制在0.15％～0.16％范圍，并且通過合理的電磁攪拌方式，減輕鑄坯中心偏析，提高鋼的韌性，從而可提高AH60鋼板的延伸性能

AH60 延伸 夾雜物

0 前言

AH60是由安鋼自主研發的低合金高強度鋼板，具有較高的強度和較好的韌性，同時具備良好的焊接性能。廣泛應用于礦山機械、壓力容器板、車輛船舶、橋梁和建筑業。安鋼100 t轉爐—2800mm中板生產線開始生產 AH60以來，存在延伸性能合格率偏低的質量問題。筆者分析了延伸率不合格的因素，并提出了改進措施。

1 AH60的技術要求

AH60的規格小于16mm時屈服強度大于460mPa、大于16mm時不小于440mPa，抗拉強度下限為570mPa，延伸率不低于16％，C含量小于0.20％，具體成分、性能見表1。

2 性能不合格的原因分析

表1 化學成分、機械性能標準要求

2.1 力學性能及化學成分統計

伸長率合格的批次共計325批，其化學成分的碳含量控制在0.15％～0.16％，對應的性能伸長率在16.5％～21％，平均在18.5％(見表2)；同時，對30批性能不合格的數據進行統計 (見表3)，并與合格批次相比，發現兩者最大的不同在于，不合格批次化學成分中的碳含量靠近標準上限，伸長率低于標準的要求，而屈服強度及抗拉強度較高，富裕量較大。

表2 合格批次統計

表3 不合格批次統計

在不合格試樣中隨機抽取5批進行檢驗，具體機械性能及化學成分見表4。由表4可以看出，性能不合試樣均為延伸率較低，平均低于標準下限2.0％。

表4 不合格試樣機械性能

AH60是同時加入 Nb、V(N)兼有細晶和沉淀強化的熱軋所能生產的最高強度等級的焊接結構鋼。由于Nb、V(N)的加入，特別是 V-N的加入，嚴重的加大了鑄坯的凝固偏析。C、M n都是易偏聚元素，在 C含量較高情況下，Nb、V的加入加劇鑄坯的偏析。在電磁攪拌工藝條件下，橫剖低倍表現為等軸晶區內的嚴重的點狀偏析，縱剖低倍表現為等軸晶區內的嚴重的 V型偏析[1]，軋制后形成鋼板組織中條帶狀偏析，這個帶狀偏析部位中的 C、S、M n、Nb、V(N)等元素高于鋼板的其他部位(如圖1所示)，拉伸過程中，等軸晶區內每一個偏析帶都是斷裂源，從而形成了拉伸斷口心部層狀平臺，縮頸不明顯，最終導致鋼板的延伸性能不合格。

圖1 元素面分布

2.2 鑄坯低倍情況

圖2 AH60鑄坯剖面圖

AH60鑄坯剖面如圖2所示。AH60經過電磁攪拌后的鑄坯低倍橫剖存在明顯的點狀偏析，縱剖鑄坯低倍存在明顯的V型偏析，這種偏析是由于成分富集所造成的；由于軋制的進行，偏析部位被拉長，從而形成了鋼板內部的帶狀偏析。

用同樣的成分體系，沒有加入 Nb、V元素鋼種(Q345系列)的鑄坯低倍情況如圖3所示。在 C含量沒有變化的前提下，沒有加入 Nb、V，鑄坯的低倍組織沒有明顯的點狀及 V型偏析；這就說明在沒有Nb、V等元素的情況下，可以減少鑄坯內 C、S、M n等元素的富集傾向，減輕了元素偏析的發生，從而改善了鋼板的延伸性能。運用在大生產中 Q345系列的延伸合格率為98％；平均延伸值為26.7％，而AH60的延伸合格率為92.51％；平均延伸值為18.5％。

圖3 Q345系列鑄坯剖面圖

2.3 斷口分析

對延伸率不合格的拉伸殘樣進行分析，發現頸縮不明顯。將斷口進行熱酸洗并低倍觀察，發現斷口處有明顯分層現象，斷口形貌如圖4所示。從宏觀斷口看，斷口截面內出現多條分層形貌，利用 FE I Quanta200環境掃描電子顯微鏡，放大后可以看到分層處呈解理斷裂形態，分層間有少量塑性變形金屬，形成韌狀斷口(如圖5所示)。進一步進行顯微組織分析(如圖6所示)。可以看出，中心處明顯的帶狀組織和部分貝氏體組織 (如圖5)。研究認為AH60板坯在凝固過程中，由于板坯心部形成了 C、S、M n元素的偏析帶，這種偏析不僅促進了帶狀組織的形成，而且使板坯中心的奧氏體組織穩定性提高，在相變過程中產生貝氏體組織，當進行拉伸實驗時，由于貝氏組織塑性差，在貝氏組織周圍和帶狀組織附近容易形成裂紋，裂紋主要沿橫向或縱向擴展[2]，屈服強度基本不受到影響，而延伸性能則明顯降低。

圖4 拉伸殘樣斷口

圖5 拉伸試樣不合格斷口形貌

圖6 延伸不合格金相照片

資料表明，斷口處的夾雜物主要為mnS[3]。M nS呈帶狀分布，由于帶狀M nS與基體間晶間結合力較弱，當受到外部拉伸應力時，帶狀M nS與基體之間的界面將會產生應力集中，從而產生微裂紋，這些微裂紋即為早期的裂紋源，隨著應力的提高，加速了裂紋的開裂過程，導致了鋼板的延伸性能下降。尤其是橫向拉伸試樣中，條帶狀M nS的長軸與拉伸方向垂直，對鋼板橫向塑性的影響更為顯著[4]。條帶狀M nS的層狀分布，使得鋼板的拉伸斷口亦呈現層狀，從而影響鋼板的延伸性能，造成延伸不合格。

3 改進措施

1)調整成分，適當降低碳含量，使碳含量控制在0.15％～0.16％，并通過嚴格的控軋工藝來保證鋼板的強度，同時也相應的降低了 C、S、M n等元素的偏析傾向。

2)嚴格控制硫含量，減少鋼中的總含量，減少M nS夾雜，并有利于減輕錳的偏析，從而改善鋼板的延伸性能。

3)優化連鑄的電磁攪拌工藝，減輕鑄坯的中心偏析程度。提高冷卻強度，可以加快初期坯殼生長速度，并有利于減少等軸晶區內的平均偏析；合理收縮輥縫，避免凝固過程中鋼液的縱向流動，減輕 V型偏析。

4)再結晶軋制時采用高溫大壓下以破碎鑄坯中的樹枝晶，減輕枝晶偏析的程度，降低帶狀組織的級別。

4 改進效果

通過調整碳含量及硫含量的控制，優化電磁攪拌和軋制工藝，有效的解決了AH60的延伸性能合格率偏低的情況。實施改進以后，產品強度水平仍然滿足技術要求，同時伸長率得到較大改善，實物水平得到綜合提升。統計了改進后5個月AH60的生產情況，共檢驗了273批力學性能，僅出現3批不合格，綜合性能合格率達98.9％，比攻關前提高了6.39個百分點，其中3個月達到100％，較好的解決了AH60延伸性能合格率低的問題。

5 結語

針對AH60性能檢驗中的主要不合項目伸長率不合，從低倍分析、高倍分析、成份控制入手，分析延伸值偏低的成因，對應采取降碳、脫硫，以及優化電磁攪拌工藝、軋制工藝等多項措施，大幅度的提高了AH60性能綜合合格率，為該條生產線生產同級別的其他鋼種積累了經驗，在同類型機組中具有一定的推廣價值。

[1]S.Kunstreich，板坯連鑄的電磁攪拌.鋼鐵，2005，9(40)：83-84.

[2]王智軼，樂可寰.Q345B中厚板拉伸試驗斷口分層的原因分析.寬厚板[J]，2009，15(3)：11-14.

[3]衛曉霞.中厚鋼板延伸率不合格原因分析.山西冶金[J]，2005，98(2)：33-34.

[4]趙堅，趙琳.優質鋼缺陷[M].北京：冶金工業出版社，1991：232.

ANALYSIS AND IM PROVEM ENT O F NON-UN IFORM EXTENSION PERFORM ANCE FOR AH60 HEAVY ANDmED IUM PLATE

Cheng Yonggu L inM engqiao W ang Jing Zhao Zhaohui ChenM eng (Anyang Iron＆Steel Stock Co.，L td)

The chem ical composition，fracture，non-m etallic inclusions andmicrostructure are analyzed for non-unifo rmextension perfo rmance during AH60 heavy andmed ium p late p roduction bymeans of spectrum analysis，SEM and EDS etcmethods.It showSthat0.15％～0.16％carbon content and reasonable electromagnetic stirring can reduce slab centerline segregation and increase toughness of steel p late，thus imp rove the extension perfo rmance ofAH60 p late.

AH60 extension Inc lusion

：2010—6—4