歐標厚壁H型鋼腹板麻面缺陷的研究

李 超 馬 強 張 蕾 孟憲強

1.前言

S450J0級歐標厚壁H型鋼主要用于高層建筑物地基的承載樁，因其強度高，韌性好，具有優良的抗震性能以及減震性能。在H型鋼打入地下之前，需做相應的防銹處理，其使用壽命可達數百年之久。2010年萊鋼成功開發該型鋼，目前已經供貨10萬噸，表面質量及性能均較好。但在近期生產過程中，發現腹板表面出現麻面缺陷，造成大量缺陷廢品，嚴重影響了產品質量的提升。為消除H型鋼腹板麻面缺陷，在實際生產過程中對造成缺陷的原因及機理進行了研究和分析。

2.麻面缺陷外觀形貌

麻面缺陷呈團狀不規則分布于H型鋼腹板表面，見圖1。通過打磨后，測量其深度大約0.5mm-1.0mm，見圖2。對存在缺陷的鋼材進行局部噴砂，發現腹板上仍然存在大量點狀缺陷。

圖1 腹板麻面缺陷

圖2 麻面缺陷打磨

3.麻面缺陷檢驗

3.1 連鑄坯低倍檢驗

為確定連鑄坯料的內部組織情況，對出現麻面缺陷的同爐次連鑄坯進行腹板低倍組織檢驗，取樣厚度150mm，在腹板內表面加工2mm左右，進行冷酸洗。坯料的實際低倍組織均勻，在表面未發現異常缺陷及嚴重偏析現象。

3.2 麻面缺陷高倍檢驗

圖3、圖4是對出現麻面缺陷的腹板表面進行金相組織分析。圖5為該型鋼的正常組織，晶粒度為7.5-8.0級，組織為較為均勻的鐵素體、珠光體。圖6為異常組織，混晶嚴重，存在大量粗大的條狀鐵素體晶粒，周圍則出現大量極為細小的晶粒組織，但缺陷周圍未出現脫碳組織。

圖3 異常組織4%硝酸酒精 ×100

圖4 異常組織4%硝酸酒精 ×100

圖5 正常組織4%硝酸酒精 ×100

圖6 異常組織掃描電鏡形貌

3.3 麻面缺陷掃描電鏡檢驗

對異常組織部分進行掃描電鏡分析，未見明顯的夾雜物偏聚，非過熱組織。

4.麻面缺陷分析

通過連鑄坯的低倍檢驗以及掃描電鏡檢驗，確定異常組織不是由于連鑄坯內部組織不均勻以及加熱過程中的過熱。而更像加熱過程中的未溶鐵素體1，它沒有奧氏體化，無法通過奧氏體再結晶達到細化晶粒的作用，只能通過變形，使其晶粒得到細化。但是歐標厚壁H型鋼，成品尺寸較大，軋制壓縮比較小，僅為2.8，粗軋高溫區軋制過程中，軋制開軋溫度約為1120℃，腹板變形量非常小，未溶鐵素體粗大不規則的組織，無法得到細化，得以保留，精軋軋制過程中，由于變形加大，部分晶粒得到細化，隨著變形溫度較低，產生的晶粒也較細小，而由于壓縮比的限制，無法實現大變形量軋制，導致部分大晶粒區晶粒未得到細化，粗大組織保留下來，因此形成大晶粒夾雜細小晶粒的特殊組織。此種組織最終導致軋件腹板表面開裂，形成麻面組織。

5.改善措施

（1）S450J0級歐標厚壁H型鋼加熱溫度在1200℃-1230℃之間，加熱時間為3小時左右，鋼材采用V-N進行合金化，V、N元素的含量較高，低的加熱溫度以及短的加熱時間，將會使合金元素無法達到均勻化，抑制了鐵素體的奧氏體化，導致未溶鐵素體出現。因此，將加熱時間延長至4小時左右，提高加熱效果、消除未溶鐵素體。

（2）粗軋過程中，由于腹板變形量較小，粗大的晶粒無法通過奧氏體再結晶得到細化，反而由于軋制時間較長，導致了晶粒的繼續長大。因此，將粗軋的軋制道次由5道次減少為3道次，以盡快完成粗軋階段的變形。

（3）精軋為變形的主要階段，軋制道次為7道次，終軋溫度為950℃左右，軋制均在奧氏體再結晶區進行，若要實現晶粒的細化，道次變形量應超過其臨界變形量，一般按照道次變形率大于15%控制。將軋制道次由7道次減少為5道次，道次變形率均控制在20%以上，同時降低軋制速度，控制終軋溫度在880℃以下。

（4）軋后提高冷卻效果，加大冷卻水的壓力及水量，以提高晶粒的細化效果以及VN粒子的析出效果。

6.應用效果

按照上述工藝措施在現場整改應用后，平均加熱溫度控制在1220℃左右，平均加熱時間控制在4小時左右，嚴格控制軋制節奏，每小時的鋼坯軋制數量為10支左右，粗軋、精軋階段進行減道次軋制，分別減少兩個軋制道次，終軋溫度基本控制在870℃左右。高強度厚壁H型鋼的表面質量得到大幅提升，檢驗合格率由75%提升至95%，微觀組織晶粒度提升到8.5級以上，混晶組織以及異常長大組織未再出現。

7.結語

通過對S450J0級歐標厚壁H型鋼腹板麻面缺陷產生的原因進行分析，并對軋制工藝和調整方法進行了優化改進，有效消除了腹板麻面缺陷，產品的成材率以及合格率均得到大幅改善，解決了長期以來困擾大H型鋼生產線產品質量的一大難題，提高了大H型鋼產品的市場競爭力。

[1] 范瑩隆，劉良江.亞共析鋼中先共析鐵素體形態的研究[J].湘潭大學自然科學學報，1991，13(3):86-93.