厚規(guī)格NM500鋼板切割延遲裂紋分析及改進措施

劉勝赫，廖桑桑，邵 華

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余338001）

1 前 言

隨著冶金、礦山、建材、電力、鐵路和軍事等領(lǐng)域的高速發(fā)展，對具有高強韌性、可焊接、較厚的高硬度耐磨鋼板的需求量越來越大［1］。低合金高強度耐磨鋼板由于成分簡單，又具有優(yōu)良的綜合性能，逐漸受到國內(nèi)外用戶的青睞［2］。耐磨鋼板通常采用淬火+回火熱處理工藝制造，回火出爐后鋼板獲得回火馬氏體組織，由于馬氏體組織硬而脆，因此在采用火焰切割后，鋼板經(jīng)常會產(chǎn)生延遲裂紋，特別是厚度越厚、等級越高（硬度越高）的耐磨鋼板，由于有時裂紋的產(chǎn)生有一定的潛伏期，和氫致裂紋相近，也歸納為氫致裂紋之列［3］。

新鋼在切割NM500耐磨鋼板時，也時常產(chǎn)生延遲裂紋，造成判廢量較大，成材率低，生產(chǎn)成本增加，而且延長了產(chǎn)品的交貨期，嚴重影響了企業(yè)形象，因此針對NM500火焰切割后出現(xiàn)的延遲裂紋進行了試驗分析和研究。

2 裂紋原因分析

2.1 試驗材料與方法

試驗料取自新余鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)的60 mm 厚NM500 耐磨鋼板，化學(xué)成分如表1 所示。鋼板的主要生產(chǎn)工藝流程為：

頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉→氬站吹氬喂線→LF 精煉→VD/RH 爐真空精煉→板坯連鑄→加熱爐加熱→軋制→空冷→分段→下線緩冷→淬火+回火→矯直→精整→檢驗→入庫。

表1 NM500鋼化學(xué)成分要求 %

2.2 取樣及宏觀分析

鋼板熱處理后采用火焰對鋼板進行定尺切割，切割溫度為81 ℃，切割后空冷至室溫，一段時間后發(fā)現(xiàn)在切割端出現(xiàn)裂紋，因此對裂紋進行了取樣。裂紋形貌如圖1、2所示。

圖1 鋼板延遲裂紋形貌

圖2 斷口面形貌

從宏觀斷口形貌可以看出，斷口起源于鋼板厚度方向1/2處，然后向外擴展，在該位置有明顯開裂的痕跡，而且還存在分層，而耐磨鋼經(jīng)過淬火和回火后，內(nèi)部仍有較大的應(yīng)力，裂紋就會從薄弱處起裂。

2.3 微觀組織分析

觀察了試樣全厚度方向的金相組織及檢測了夾雜物情況，同時對偏析處以及正常基體部分進行了顯微維氏硬度檢測，結(jié)果如圖3～5、表2所示。

圖3 試樣不同板厚位置的金相組織

圖4 夾雜物情況（裂紋處有氮化物夾雜）

圖5 電鏡結(jié)果

表2 維氏硬度檢測結(jié)果

從金相組織可以看出，鋼板厚度方向組織均是回火馬氏體+回火貝氏體，組織正常。但鋼板1/2處存在裂紋，且裂紋處有大量的氮化物夾雜，而且電鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼板芯部有Cr和Mn元素的偏析。

由此可見，導(dǎo)致切割延遲裂紋的原因是鋼板內(nèi)部偏析較重，偏析處存在大量的氮化鈮和氮化鈦的析出物，以及Cr 和Mn 元素的偏析，由于此部位的硬度值較高（遠高于正常組織部位），比較脆，切割時溫度偏低（51 ℃）內(nèi)部應(yīng)力較大，使得硬度高的部位（1/2處）成為裂紋的起源，導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)裂紋。

2.4 延遲裂紋產(chǎn)生原因分析

從試樣厚度方向腐蝕后形貌可知，裂紋起源與距鋼板上表1/4處，該位置有明顯的偏析帶，因此偏析帶缺陷可能是鋼板開裂的原因。NM500 鋼中含有Mn、Cr、Mo、Nb、Ti等合金元素，在凝固過程中，合金元素存在不均勻性，從而產(chǎn)生了偏析，但偏析在軋制過程中只是減輕，但并不能消除，因此在鋼板厚度方向組織會存在差異，從而導(dǎo)致應(yīng)力不均勻，成為裂紋的起源。

對于厚度越厚、等級越高（硬度越高）的耐磨鋼板，在淬火后，厚度方向硬度是不均勻的。在切割時，如果鋼板不進行預(yù)熱，切割過程不做好保溫措施，切割后不進行堆冷，鋼板厚度方向受熱會不均勻，導(dǎo)致沿厚度方向產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力大于鋼板的抗拉強度時，裂紋就從這些位置形成并擴展。

3 耐磨鋼延遲裂紋的改進措施

3.1 冶煉連鑄控制要點

1）耐磨鋼LF精煉處理時，要求S含量≤0.005 0%，必須經(jīng)過RH/VD 真空處理，要求極限真空保持時間≥10 min，真空度≤67 Pa，確保氫含量≤2.0×10-6，破真空后喂無縫鈣線120 m，控制軟吹時間≥12 min，軟吹效果以鋼水表面蠕動為最佳。2）嚴格控制連鑄過熱度10～20 ℃，采用電磁攪拌技術(shù)，降低鑄坯偏析，控制C類中心偏析在1.0級以內(nèi)。

3.2 鋼板切割控制要點

鋼板熱處理后，立即采用等離子切割機對鋼板進行熱態(tài)切割，控制切割前溫度≥120 ℃，切割后堆冷至室溫。通過以上控制措施，解決了厚規(guī)格鋼板切割延遲裂紋問題，切割后鋼板形貌如圖4所示。

圖4 工藝優(yōu)化后鋼板切割端面

4 結(jié) 語

耐磨鋼切割延遲裂紋的起源與鋼板內(nèi)部夾雜物和偏析有關(guān)。耐磨鋼淬火后厚度方向組織、硬度不均勻，切割時不進行預(yù)熱、保溫，易使鋼板厚度方向產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。通過降低鋼中氫含量、鑄坯中心偏析，以及采用等離子切割機進行切割，同時控制切割溫度（≥120 ℃），切割后迅速堆冷保溫，能有效控制切割延遲裂紋的產(chǎn)生。