碳素结构钢冷轧断带原因分析

赵丽明,谷国刚,谷国华

(山东泰山钢铁集团有限公司,新材料研究所,山东莱芜 271100)

碳素结构钢冷轧断带原因分析

赵丽明,谷国刚,谷国华

(山东泰山钢铁集团有限公司,新材料研究所,山东莱芜 271100)

采用化学成分分析、机械性能检测、金相分析以及扫描电镜分析等方法,对碳素结构钢Q195冷轧断带钢板进行分析。结果表明,冷轧板断带事故的发生是由于钢板晶界处存在大量块状、半网状碳化物所致。

碳素结构钢;断带;塑性

1 引言

碳素结构钢Q195冷轧板的含碳量低,强度不高,塑性、韧性和焊接性能好,钢带表面光洁,冷加工性能优良,大量用于汽车、冰箱、洗衣机等家用电器设备,以及产业设备、各种建筑材料。随着经济发展,冷轧钢板已被称为现代社会的必须材料。

针对3.5 mm×1250 mm规格的Q195热轧原料,在冷轧到0.9 mm厚度时出现的断带事故进行分析,并在找到原因的基础上提出相应的改进措施。

2 样品分析

2.1 成分分析

取断带钢卷对应酸洗板进行化学成分检测,结果见表1。

根据化学成分检测结果可知,钢带成分符合国标GB/T 700-2006要求。

2.2 力学性能检测

取断带钢卷对应酸洗板进行力学性能及硬度检测,结果见表2。

根据力学性能检测结果可知,钢带强度较高,屈服强度明显超出国标GB/T 700-2006《碳素结构钢》的规定下限(195 MPa),抗拉强度接近标准规定上限(430 MPa),而延伸率接近标准下限(33%)。

表1 酸洗板化学成分

表2 酸洗板力学性能

2.3 非金属夹杂物检测

非金属夹杂物以D类为主,为1.0级,断带部位无异常夹杂物。

2.4 显微组织

2.4.1 4%硝酸酒精腐蚀

取断带冷硬板试样,用4%硝酸酒精腐蚀后,进行金相组织检测,结果见图1,发现在断口部位及远离断口部位均存在数量较多的半网状、块状物质,该物质均沿铁素体晶界分布。

图1 4%硝酸酒精腐蚀后组织

2.4.2 碱性苦味酸钠腐蚀

为区分组织中的异常块状、半网状物质为渗碳体还是铁素体,将金相样品置于碱性苦味酸钠溶液(氢氧化钠25 g,苦味酸2 g,水100 ml)煮沸10 min,取出冲洗干净并吹干,于显微镜下观察组织形态(见图2)发现,块状物质均呈黑色,由此确定该物质为游离渗碳体。

图2 碱性苦味酸钠腐蚀后组织

2.5 扫描电镜分析

对电镜样品进行扫描电镜分析(见图3)发现,游离渗碳体呈块状、半网状分布于铁素体晶界处,且铁素体晶界处存在大量孔洞,对其进行能谱检测发现,孔洞处多为Fe3C成分。

图3 扫描电镜及能谱分析结果

3 讨论

由于碳化物颗粒比基体硬,不会变形,从而急剧降低材料的韧性、提高其强度(事故样品酸洗板强度明显偏高),成为冷变形过程中的裂纹源,使其冷加工能力急剧下降,造成热卷在后续冷轧过程中极易出现边裂缺陷,从而导致断带质量事故的发生。

钢板强度高、塑性低与热轧过程中温度控制不好有关,主要是由于板坯终轧温度、卷取温度过高所致。热轧板的卷取温度直接影响着热轧钢带中的渗碳体析出状态。低碳热轧钢带渗碳体的析出主要体现为游离状态,渗碳体的分布、形态和数量随卷取温度的不同而不同。有研究表明[3],温度在520℃时进行热轧卷取,钢带晶界上渗碳体较少,晶内有呈微小白点状的渗碳体析出;温度在550℃卷取时,渗碳体形态与520℃卷取时的差不多,但在晶界上明显可以见到点状渗碳体;卷取温度继续升高,晶界上的渗碳体也随之逐渐粗化和聚集,点链状的渗碳体围绕着晶界分布,严重的甚至形成白亮的半网状、条块状。

由此可见,卷取温度偏高时,渗碳体容易在晶界处以半网状、条块状形态析出,在冷轧过程中,晶界处半网状、条块状的渗碳体将被压碎,形成微观空隙,从而大大降低了钢带的塑性,使钢带脆性增加,从而沿着这些空隙产生开裂,导致断带等事故的发生。

4 结论及改进措施

(1)此次冷轧板断带事故的发生是由于钢板晶界处存在大量块状、半网状碳化物所致。

(2)呈链状、网状、3块状分布的游离渗碳体脆性大、塑性低,其集中分布于铁素体晶界时会大大降低金属材料的力学性能,致使钢板的整体脆性增加,塑性降低,在进一步冷加工时,容易导致材料发生脆断而出现开裂、断带等事故的发生。因此,对于需进行冷轧、深冲等后续冷加工的热轧钢带而言,块状、半网状等渗碳体沿晶界析出现象是应该尽量避免的。

(3)渗碳体尺寸决定于卷取温度,而渗碳体在钢组织中的分布是由终轧温度决定的。卷取温度高,渗碳体集聚,尺寸较大;而卷取温度低,则渗碳体尺寸较小。在卷取温度较高时,提高终轧温度与降低终轧温度,渗碳体在钢中分布的均匀程度也不同。最好的热轧轧制条件是,为了得到均匀晶粒以及细小分散均匀分布的渗碳体,终轧温度应略高于Ar3。轧后为防止晶粒长大和渗碳体粗大,要尽可能快速冷却,保证成卷温度低于Ar1。

(4)为获得具有优良性能的冷轧板,应严格选用组织状态良好的热轧板,热轧生产工艺严格按照“三高一低”的原则进行控制,保证低温卷取,为减少块状、半网状渗碳体沿晶界析出,应控制卷取温度低于660℃,而分散堆放有利于减少三次渗碳体的产生。

[1] 庄东叔.材料失效分析[M].上海:华东理工大学出版社,2009.

[2] GB/T 13299-1991钢的显微组织评定方法(S).

[3] 李明明.控轧控冷工艺的技术研究及应用[J].邢台职业技术学院,2011.

[4] 刘云旭.金属热处理原理[M].1版.北京:机械工业出版社,1981.

[5] 俞汉清.金属塑性成形原理[M].1版.北京:机械工业出版社,2004.

The Analysis of the Causes of Carbon Structural Steel Cold Rolled Strip Break

ZHAO Liming,GU Guogang,GU Guohua
(Shandong Taishan Steel Co.,Ltd.,New Material Research Institute, Laiwu 271100,Shandong,China)

By chemical composition analysis,mechanical property testing,metallographic analysis and SEM analysis, analysis of carbon steels Q195 cold-rolled strip steel.Results show that manufacture with the accident is due to the broken plate boundary exists for a large number of block,half carbide network.

carbon structural steel,strip break,plasticity

TG142.41

A

1001-5108(2017)01-0028-03

赵丽明,工程师,主要从事新产品开发与材料失效分析。