拉伸试样加工方法对厚规格延伸性能的影响*

于爱民 林梦桥 王 景

(安阳钢铁集团有限责任公司)

拉伸试样加工方法对厚规格延伸性能的影响*

于爱民 林梦桥 王 景

(安阳钢铁集团有限责任公司)

通过对拉伸试样采用全厚度和减薄方法的对比分析，试样在同等条件下忽略外在影响因素，各项性能应在规定的误差范围内。因受生产加工和检验加工等因素影响，不同的试样加工方法对钢板延伸性能有一些影响，其影响程度与铸坯的内部质量和中心偏析有关。实际生产中由于铸坯中心偏析的不可避免性等因素影响，采用全厚度拉伸试样更能反映材料的实际特性，延伸性能更为稳定。建议在试验设备能力允许条件下采用全厚度拉伸试样。

标准 延伸性能 中心偏析 全厚度

0 前言

国家标准GB/T2975规定了制备钢板拉伸试样应在加工和试验机能力允许的情况下优先采用全厚度试样，其他检验方法可以作为这种方法的代表或补充，如试样厚度＞30 mm的可减薄到30 mm;＞50 mm的可采用1/4圆棒型试样等。从国家标准的角度看拉伸试样的加工更倾向于全厚度，其更能反应材料的真实特性。同时标准还规定了试样的一般要求、试样的状态、试样的制备。在产品不同位置取样时，力学性能会有差异;GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》规定了试验方法和测量计算方法。因此，按标准规定进行规范取样与加工，除试样的加工误差和试验设备及人工操作、测量误差外，试样的各项性能应在规定的误差范围内。

1 实验目的及内容

目前很多企业鉴于拉伸试验机的能力，对拉伸试样的加工采用减薄的方法，这样对拉伸试样的性能势必带来一些影响，特别是延伸性能，所以有必要对拉伸试样的加工方法进行对比分析。笔者比照GB/T2975与GB/T228的要求，对比分析了全厚度试样与减薄试样对材料延伸性能的影响，找出拉伸试样加工方法对延伸性能带来的影响和厚规格延伸偏低的原因，确定适合本企业的拉伸试样加工方法。

2 实验方法与结果

2.1 拉伸试样始裂位置的确认

随机选取Q345低合金板进行拉伸实验，在试样产生颈缩但未发生断裂时将试样取下，由颈缩处沿试样轴线方向剖开，对垂直于截面的侧面进行高倍组织观察，如图1、图2所示。

图1 拉伸前组织

图2 拉伸后纵剖不同位置组织

由图1拉伸前中心组织可以看出，正常部位为F+P，中心有过冷组织，未发现裂纹;由图2拉伸后纵剖不同位置组织可以看出，距颈缩20 mm截面位置中心及距中心1 mm处观察到有裂纹，裂纹沿晶界处开裂(如图2(a)、(b))。距颈缩40 mm截面处可见中心及近中心组织有裂纹，裂纹沿晶界开裂(如图2(c)、(d))。根据对未断拉伸试样分析，距颈缩不同距离、在中心异常组织处均发现有不同程度沿晶开裂现象，这些裂纹没有明显相关性，可认为几乎同时产生，这说明中心偏析异常组织是始裂源，偏析程度大导致在距离断裂位置远处，即试样在变形较小时即产生裂纹，也就是说试样受拉过程中受外力作用产生变形，即使未发生断裂，但内部异常组织处已经萌生裂纹。可以想象这种组织若暴露在表面将对延伸产生不同程度影响。

从中厚板的实物质量看，由于钢中含有易造成偏析的元素，使得铸坯产生中心偏析很难避免，这样有可能导致钢板中心产生粒状贝氏体和马氏体异常组织。根据对未断拉伸断口的分析，裂纹的始裂位置产生于铸坯偏析处的异常组织，而铸坯的中心位置偏析最为严重，试样减薄后，两表面到中心的距离不一样，一面更接近于中心，受到外力作用，中心偏析带处在拉伸过程中会产生微裂纹，形成裂纹源，减薄面更接近于裂纹源，塑韧性较差，拉伸过程中两面的受力状态失衡，从而影响钢板整体的均匀性延伸，进而影响延伸性能，影响程度与铸坯中心偏析程度有关。因此延伸性能是取决于微裂纹产生(最薄弱部位)及其扩展至表面导致断裂的速度，而拉伸试样的制备即全厚度与减薄的差别在于两个表面到中心的距离不同，而不在于裂纹的产生。

2.2 不同加工方法对延伸性能的影响

根据延伸性能的取决因素和试样减薄后对延伸性能的影响，对普碳和低合金系列厚度30 mm～40 mm的钢板及特殊规格60 mm钢板进行批量试验，分别采用减薄试样和全厚度试样两种制样方式，减薄试样为钢板厚度方向截取试样后进行加工，保留一个轧制面，对试样另一面进行减薄加工至试样厚度为30 mm，全厚度试样为钢板厚度方向截取试样后不进行减薄加工，保留两个轧制面，对比其延伸性能差异。

2.2.1 30 mm～40 mm试样不同加工方法对比

对30 mm～40 mm钢板所有拉伸残样进行低倍酸洗检验和金相检验分析，然后对试验结果按拉伸断口的形貌进行归类统计分析，结果见表1。

表1 按钢种分全厚度与减薄试样对比

由表1看出采用全厚度制样方式和减薄的制样方法，其强度性能差异很小，在标准误差范围内，断口差的延伸性能差值略大，全厚度提高2个百分点，断口好的延伸性能差值较小。金相组织均为珠光体+铁素体组织，试验组一和试验组二心部均存在不同程度中心偏析，有粒贝组织，试验组一中心偏析程度明显较试验组二严重，如图3所示。

2.2.2 60 mm特殊规格试样不同加工方法对比

图3 中心偏析程度对比

对60mm特殊规格进行全厚度和减薄延伸性能的统计，结果如图4、图5所示。全厚度试样延伸性能值较为集中且性能稳定，而减薄试样延伸性能值离散程度很大，不稳定。说明60 mm厚试样经减薄后为30 mm，其中一表面为心部，这样两表面到心部的距离非常悬殊，导致心部的中心偏析直接暴露于表面，更加促进裂纹的扩展，加快断裂的速度，进而影响延伸性能。

图4 60 mm Q345减薄样延伸率分布

图5 60 mm Q345全厚度延伸率分布

通过30 mm～40 mm和特殊规格60 mm钢板的全厚度与减薄拉伸试样加工方法的对比验证，减薄方法总体不如全厚度。

3 分析与讨论

3.1 中心粒贝对钢板性能的影响

钢板基体组织为珠光体+铁素体，但由于心部凝固偏析易形成贝氏体等硬相组织，该组织强度高、塑性差，造成钢板内部性能不均，同时与贝氏体组织同时存在的长条状MnS夹杂物，基体组织的延伸性能存在差异以及基体结构不同，破坏了其连续性，导致它们之间的应力传递方式不同，这样它们之间的交界面处就形成应力集中区，在试样拉伸过程中，试样在拉伸方向和垂直拉伸方向上同时受力，首先从应力集中区萌生，随后沿拉伸方向和垂直拉伸方向上扩展直到基体中，随塑性变形而改变扩展方向，严重降低了延伸率。

3.2 轧制对钢板性能的影响

轧机能力对厚规格钢板性能有一定的影响。厚规格钢板由于变形渗透至板厚中心程度的影响，与薄规格相比，中心铸态组织结构不能被充分破碎，使其强度和韧性甚至延伸率等综合机械性能变差，尤其是钢板中心的偏析带往往是拉伸检验的起裂源［1］。

3.3 试样加工方法对性能的影响

对于厚规格产品的减薄试样在拉伸检验中，试样两面的组织形态不同，导致受力状态失衡，钢板原始厚度中心偏析带处在拉伸过程中形成微裂纹，由于塑韧性较差，从而影响钢板整体均匀性延伸，缩颈部分也明显比轧制面小，更易沿与拉伸方向成45°角向塑韧性较差的减薄加工面扩展，拉伸断口严重不对称［2］。而全厚度试样断口为典型的“V”型断口，两侧表层延伸性能相近。这也是厚度为35 mm～40 mm产品采用减薄试样的延伸率显著偏低的原因。

由此可见，铸坯质量仍是影响厚规格钢板延伸性能的主要因素。由于铸坯中心偏析的不可避免性减薄后两表面到中心的距离不一样，拉伸时的受力状态失衡，使得拉伸试样的加工方法在一定情况下对延伸性能有影响，减薄试样在相同条件下比全厚度试样的延伸性能略低，尤其是某些特殊厚度延伸性能差异较大，如60 mm规格减薄至30 mm，因此在试验设备能力许可的条件下尽量采用全厚度拉伸试样，这样更能真实的反映材料特性。

4 结论

1)在钢板同等特性条件下，忽略内外在影响因素，钢板全厚度拉伸试样和减薄试样的性能值误差不大。

2)由于钢板延伸性能是取决于微裂纹产生及其扩展至表面导致断裂的速度，因此铸坯内部质量及中心偏析是导致延伸性能差的主要原因。

3)由于铸坯中心偏析的不可避免性，从而导致减薄试样两表面到中心的距离不一样，进而影响延伸性能。

4)通过在大生产中采用全厚度和减薄试样两种加工方式的性能对比，全厚度试样总体好于减薄试样的延伸性能。

5)铸坯质量仍是影响厚规格钢板延伸性能的主要因素，因此若要解决厚规格钢板延伸性能不合仍应首要解决铸坯质量问题。

6)在试验设备能力许可的条件下建议尽量采用全厚度拉伸试样。

［1］卫晓霞.中厚钢板延伸率不合格原因分析.山西冶金，2005，98(2):33－34.

［2］田庆，荣刘莹，王雅英.Q345钢板拉伸断口分层原因分析.天津冶金，2009，4(3):33 －35.

THE EFFECT OF MACHINING METHOD OF TENSILE SPECIMEN ON ELONGATION PERFORMANCE OF HEAVY PLATE

Yu Aimin Lin Mengqiao Wang Jing
(Anyang Iron and Steel Group Co.，Ltd)

Through comparably analyzing the tensile specimen by full thickness and thinning thickness method，it is found that various properties of specimen are within specified error ranges under the same conditions when omitting external factors.The different machining methods have different effect on plate elongation because of the influences of process and inspection，and influences degree also depends on internal quality and centerline segregation of slab.Full thickness specimen prefer to show actual characteristics because slab centerline segregationis inevitable and its elongation performance more stable.It is suggested that it had better to use full thickness tensile specimen within testing equipments range.

standard elongation performance centerline segregation full thickness

*联系人:于爱民，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁集团有限责任公司技术中心;

2012—2—2