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部， 山東 萊蕪 271104）

隨著中厚板生產技術的逐漸發展，用戶對鋼板質量要求越來越高。特厚中厚板作為一種高附加值產品廣泛用于礦山機械、海工平臺等領域，由于使用環境較為惡劣，對其性能要求較高。鋼板分層是一種常見的板材缺陷，嚴重時導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，也影響了鋼廠產品形象。

萊鋼4 300 mm 寬厚板生產線，可批量生產6～100 mm 規格，70 mm 及以上規格為保證性能均勻性需進行熱處理，在生產過程中發現此規格鋼板熱處理后頭尾出現分層，數量較多，嚴重影響了合同交付，針對此類缺陷，技術人員通過組織分析，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生幾率較大的牌號：Q345D，規格：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，經過酸洗后，鋼板分層明顯，可見一條黑線，向兩側寬度方向延伸，裂紋深度較大，可使產品喪失使用功能，屬于嚴重缺陷；從圖2可以看出，分層部位中心偏析十分嚴重，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展，中心最后凝固的鋼水富含C、Mn、Si、S 等低熔點溶質元素，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不同，熱處理完畢，冷卻過程中的收縮應力不一致，使得部分長條狀硫化物的尖端與基體界面處出現微小孔洞，隨著應力增大，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，經過加熱，一方面可以起到高溫退火[2]作用，有利于鑄坯內部氫、夾雜物等有害物質的擴散，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，降低熱應力影響。

3）剪切方式不當。萊鋼寬厚板生產線，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與基體不同，在應力作用下開裂分層。

此外如果周圍環境溫度過低，火焰切割過程中預熱不充分，缺陷部位在熱應力的作用下也較易出現裂紋。

4）緩冷時間不足。連鑄坯、鋼板經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

按照國標要求，調節為底波50%波高加10DB，對缺陷鋼板進行探傷，經過探傷發現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 嚴格控制連鑄坯成分

C 含量控制應避開包晶區，盡量按照內控上限或者下限控制，同時嚴格控制S、P 含量，研究發現當w（S）、w（P）分別小于0.15%時，裂紋發生幾率明顯降低[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晶區軋制，前三個道次壓下率不得小于，充分破碎芯部晶粒，促使鑄坯內部夾雜物、縮孔等缺陷軋合。

2.4 優化剪切方式

一方面優化剪切順序，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熱，采用雙火焰槍切割，一槍預熱，一槍切割方式，預熱溫度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，有效減少了生產損失。

4 結語

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象。此外嚴格控制S、P 等元素含量，合理設計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。