變形量對鋼板混晶組織的影響分析

于 爽

（山鋼股份濟南分公司技術(shù)中心，山東 濟南 250101）

試驗研究

變形量對鋼板混晶組織的影響分析

于 爽

（山鋼股份濟南分公司技術(shù)中心，山東 濟南 250101）

針對鋼板混晶組織，通過理論和金相分析，研究不同變形量對鋼板組織的影響。結(jié)果表明，在變形溫度一定時，隨變形量的增加，奧氏體晶粒度級別增加。采用大壓下規(guī)程，變形滲透，有利于減少混晶組織，獲得細小均勻的金相組織。

鋼板；混晶組織；變形量；晶粒度

1 前言

一般認為，混晶是鋼板的缺陷組織，這種缺陷的存在會造成最終產(chǎn)品在使用過程中有安全隱患，影響使用壽命。嚴重的混晶易與分層、帶狀組織缺陷相伴發(fā)生，不僅會引起探傷不合，同時也導致鋼板的力學性能具有方向性，使鋼板的Z向塑性和韌性明顯降低，并使橫向塑性變差，在冷加工成型過程中鋼板易開裂，影響工藝性能。本研究針對鋼板出現(xiàn)的混晶組織，通過理論和微觀組織分析，探討在變形溫度一定時，變形量對鋼板組織的影響，以期對生產(chǎn)控制提供指導。

2 理論分析

連鑄坯在塑性變形時，隨著壓下量的積累，變形逐步向中心滲透，在變形的最初階段，由于變形區(qū)形狀參數(shù)l/hp＜0.5，變形不能滲透，造成板坯側(cè)面出現(xiàn)雙鼓形，頭尾高向出現(xiàn)“軋凹”。軋件芯部承受縱向拉應力，在此應力作用下，鑄坯原有內(nèi)部缺陷將被擴大，只有當變形區(qū)形狀參數(shù)l/hp＞0.5以后，變形才能滲透到軋件芯部，芯部的應力狀態(tài)才能變成三向壓應力，此時未暴露的某些缺陷才有可能在高溫、高壓條件下焊合，軋件邊部形狀才能過渡到單鼓形（見圖1）[1]。

圖1 厚板變形時變形區(qū)示意圖

根據(jù)公式[1-2]：

式中：R為軋輥半徑，H為軋機入口側(cè)軋件厚度，h為軋機出口側(cè)軋件厚度。可見，要使l/hp＞0.5，必須在軋輥直徑一定條件下，增大壓下量△h或減少軋前厚度H。

3 試驗分析

3.1 混晶組織形貌

為了分析中厚板產(chǎn)生混晶的原因，分別對出現(xiàn)混晶的鋼板試樣縱斷面（YZ面）、橫斷面（XZ面）和表面（XY面）磨制拋光，并用4%硝酸酒精溶液腐蝕后在光學顯微鏡下觀察，試樣斷面組織見圖2。

圖2 混晶鋼板試樣金相組織

從圖2中可以看出，無論是試樣的橫斷面、縱斷面，還是表面，都存在混晶現(xiàn)象，晶粒大小不一，尺寸相差很大（約1～1.5級），橫斷面和縱端面還存在著較為嚴重的帶狀組織，其中YZ面的帶狀組織更為嚴重（見圖2a）。有些混晶在正火處理后有所改善，嚴重的混晶易與分層缺陷相伴發(fā)生。

3.2 不同變形量對混晶組織的影響

為研究變形量對混晶的影響，進行了階梯試樣軋制試驗：取鋼坯試樣，化學成分如表1所示，在連鑄坯斷面的1/4處取樣，用刨床加工出階梯形試驗件，階梯形試樣5個厚度分別為24、18、14、11、8 mm。加熱溫度1 200℃，保溫30 min，設置輥縫為6 mm，熱軋1道次，對應的變形量分別為75%、 66.67%、57.14%、45.45%、25%。變形后的試樣立即淬水，然后將試樣縱向剖開，經(jīng)研磨、侵蝕后觀察一定軋制溫度、不同變形率對混晶形成的影響。

表1 試件的光譜成分（質(zhì)量分數(shù)）%

軋制溫度分別為1 050℃、950℃，軋制變形量10%～80%，不同變形量軋制后試件板的金相組織見圖3，晶粒度與壓下率的關(guān)系見圖4。

圖3 軋制溫度分別為1 050℃、950℃時不同變形量下試件板的金相組織及晶粒度變化

圖4 晶粒度與壓下率的關(guān)系

不同變形率下鋼板試樣的金相分析表明，在變形溫度一定時，隨變形量的增加，奧氏體晶粒度級別增加，而且晶粒的大小由不均勻變?yōu)榫鶆?。在變形量達到57%左右時（見圖3c、圖3h），隨著變形進一步深透，晶粒尺寸進一步均勻、減小，局部出現(xiàn)的大晶粒尺寸＜50 μm，混晶現(xiàn)象基本消失。當變形量達到67%左右時（見圖3d、圖3i），晶粒變得更加均勻、細小，混晶完全消失。說明變形已經(jīng)完全滲透，粗大的奧氏體晶粒完全破碎。在變形量75%時（見圖3e、圖3j），晶粒度級別進一步增大，晶粒度變化趨于平緩，級別達到9級左右，晶粒尺寸非常細小、均勻，混晶現(xiàn)象完全消失，說明變形已經(jīng)完全深透，在大變形量下，再結(jié)晶的能力趨于相同。

分析原因主要是采用大壓下量時，變形能夠滲透，鋼板內(nèi)部組織得到均勻變形，并有利于降低由于表面變形對心部產(chǎn)生的拉應力。所以采用大壓下規(guī)程時更有利于減少混晶的產(chǎn)生，也有利于提高產(chǎn)品的強度。

4 結(jié)論

在變形溫度一定時，隨變形量的增加，奧氏體晶粒度級別增加。采用大壓下量時，變形能夠滲透，鋼板內(nèi)部組織得到均勻變形，有利于降低由于表面變形對心部產(chǎn)生的拉應力；采用大壓下規(guī)程更有利于減少混晶及有利于防止鋼板分層缺陷的產(chǎn)生。因此，建議在軋機條件允許的情況下，盡量采用高溫大壓下工藝，加大軋制單道次壓下量，保證變形滲透，以減輕原始組織中偏析的影響，提高產(chǎn)品的綜合力學性能。

[1]熊小強，熊文名，陳英俊，等.E690級海洋結(jié)構(gòu)特厚高強度鋼板的試制[J].江西冶金，2012，32（6）：21-24.

[2]馬興云，厚鋼板軋制過程變形滲透規(guī)律試驗研究[J].山東冶金，2014，36（1）：34.

Analysis of the Influence of Deformation Amount on the Mixed Grain Structure of Steel Plate

YU Shuang
（The Technology Center of Jinan Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The mixed grain structure of steel plate was analyzed by theory and metallographic analysis.The influence of deformation quantity on the microstructure of the steel plate was studied.The results showed that at the deformation temperature,the austenite grain fineness grade increases with the increase of deformation amount.Adopting heavy reduction can made the deformation permeate,reduce mixed grain structure and obtain fine and uniform microstructure.

steel plate;mixed grain structure;deformation amount;microstructure;grain fineness

TG335.5+1

A

1004-4620（2015）04-0042-03

2015-04-27

于爽，女，1980年生，2003年畢業(yè)于遼寧科技大學金屬材料專業(yè)?，F(xiàn)為濟鋼技術(shù)中心工程師，從事產(chǎn)品開發(fā)工作。