Q345E低温冲击不合分析_王智轶

关键词 低温冲击韧性 夹杂物 带状组织
Cause Analysis on Disqualification of Low Temperature Impact Property of Q345E Medium Plate
Wang Zhiyi and Wang Caihong
（ Tianjin Iron and Steel Group Co． Ltd）
综上所述，钢中夹杂物、中心偏析、异常组织 与带状组织综合作用的结果是造成 Q345E 冲击 韧性偏低的主要原因。
4 生产工艺优化
根据上述分析结果，在不改变现有化学成分 的基础上，围绕金相组织、成分偏析等因素对热轧 工艺进行了优化。 4． 1 终轧温度控制
控制该高强度钢材的终轧温度，细化奥氏体 晶粒，避免出现贝氏体和针状体素体等异常组织。 从对 生 产 情 况 的 跟 踪 来 看，将 终 轧 温 度 控 制 在 790 ～ 820 ℃ 范围内，试样的低温冲击性能较好。 4． 2 轧后堆冷
通过低温冲击性能合格试样成分与低温冲击 性能不合试样成分进行对比分析，发现两者并没 有明显差异，但低温冲击性能相差很大。这说明 化学成分并不是造成产品冲击性能不合格的主要 因素。
表 1 Q345E 钢的化学成分 / %
试样号
C
Si
Mn
P
S
标准 ≤0． 18 ≤0． 55 1． 00 ～ 1． 60 ≤0． 025 ≤0． 020
第6 期
王智轶等： Q345E 低温冲击不合分析
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部富集有合金元素和杂质的钢液其中堆补，加剧 了连铸坯的偏析。由于成分的偏析，使得芯部的 相变特性不同于周边，在轧制和冷却后，芯部所形 成的相变组织有别于周边组织，形成组织偏析带。 3． 3 检测发现 Q345E 钢的金相组织中出现贝氏 体、针状铁素体，这种组织的存在会降低钢的冲击 韧性。另外钢中存在带状组织，带状组织的形成 主要是凝固时溶质元素在树枝晶间区域富集偏 聚，热轧时表面等轴晶区和内部柱状晶区都被拉 长成带状［3］。带 状 组 织 对 钢 的 性 能 也 有 较 大 的 影响，由于带状组织相邻带的显微组织不同，性能 也不相同，在外力作用下性能低的带易暴露出来， 而且强弱带之间会产生应力集中，故而造成总体 力学性能降低，并具有明显的各向异性，带状组织 是造成 Q345E 钢低温冲击性能体较低的原因之 一。
图 2 1#试样冲击断口 SEM 形貌及夹杂物能谱分析
·18·
宽厚板
第 17 卷
2． 3 金相分析 从冲击不合格的钢板上取样，切取纵向试样，
进行磨制、抛光，在光学金相显微镜下观察评定其 钢中夹杂物，结果见表 3。用 4% 硝酸酒精侵蚀 后，观察其金相组织，见图 3。从夹杂物的检验结 果看出钢中夹杂物主要以 A 类（ 硫化物） 和 C 类
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5 结论 中厚板 Q345E 冲击性能不合格的原因主要
是夹杂物、中心偏析、异常组织及带状组织综合作 用所致。通过降低终轧温度及轧后下冷床多支堆 冷等措施，能显著改善产品的冲击韧性。
参考文献
1 曾兢，郑建华，向浪涛，等． 提高热轧高强度型材低温冲击性能 的研究［J］． 轧钢，2009，26（ 6） ： 21 ～ 25．
Keywords Low temperature impact property，Inclusion，Banded microstructure
0 前言
Q345E 是 低 合 金 高 强 度 结 构 钢 ，广 泛 用 于 制造 各 类 结 构 件。 某 厂 最 近 在 对 一 批 Q345E 钢板进行力学性能抽样检测时，发 现 Q345E 钢 板 － 40 ℃ 冲击性能合格率明显偏低，其中低温冲 击性能不合格所占比例达 40% ，规格集中在厚度 30 mm 以下，而且不合格冲击值普遍在 10 ～ 30 J， 这一状况已严重影响到该产品正常生产和合同的 按期交付。为分析其原因，利用光学金相、扫描电 镜分析等手段，对 Q345E 冲击断口试样进行显微 组织、断口形貌、夹杂物类型及成分等的分析，找 出造成 Q345E 低温冲击性能偏低的 主 要 原 因。 并通过生产工艺的优化使 Q345E 钢板低温冲击 性能合格率得到较大幅度的提高。
内控 0． 14 ～ 0． 18 0． 15 ～ 40 1． 40 ～ 1． 60 ≤0． 020 ≤0． 020
1#
0． 17
0． 31
1． 43
0． 017 0． 008
2#
0． 16
0． 26
1． 46
0． 013 0． 009
3#
0． 16
0． 28
1． 49
0． 012 0． 014
4#
0． 16
Abstract The factors which influence impact property at low temperature of Q345E steel plate were analyzed and researched． The results showed that the main causes of disqualification of the impact property at low temperature of Q345E steel plate were inclusions，center segregation，abnormal microstructure and banded microstructure． The impact property at low temperature of Q345E steel plate was improved by means of reducing the finish rolling temperature and multi piece stack cooling after cooling bed，which improved the qualification rate of the product properties．
0． 29
1． 52
0． 017 0． 012
第6 期
王智轶等： Q345E 低温冲击不合分析
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表 2 试样的力学性能
钢板厚度 Rel
Rm
A
试样号
/ mm / MPa / MPa / %
标准 12 ～ 150 ≥335 470 ～ 630 ≥22
1#
14
360
515
27
2#
18
395
530
22
3 讨论
针对 Q345E 钢在冲击性能偏低现象进行分
析，结果表明，主要原因是夹杂物、中心偏析、异常 组织及带状组织所致。 3． 1 冲击试样断裂机制为解理断裂，在个别冲击 断口上可观察到硫化锰和硅酸盐夹杂。钢中非金 属夹杂物对钢的韧性危害较大，破坏了钢基体的 均匀连续性，在外力作用下，夹杂物周围造成应力 集中，促进了裂纹产生，并在一定条件下加速了裂 纹的扩展，从而加速材料的破坏过程，尤其硫化物 夹杂使得沿轧制方向的板厚中心位置成为钢板最 薄弱的地方，造成低温冲击功急剧降低［2］。 3． 2 检测中发现在 Q345E 钢板厚度的中心存在 偏析带。在连铸过程中，连铸坯的柱状晶均匀向 中央发展，在柱状晶前沿不断富集的偏析元素被 推向中心区。当中心部分凝固收缩时，液相穴底
利用扫描电镜对 1#试样冲击断口进行观察， 在较高倍数下可见 1#试样断口区的形貌属于脆 性断口，呈河流条纹的脆断特征，断裂机制为解理 断裂，局部高倍形貌见图 2。
图 1 1#试样断口的宏观形貌
用能谱仪对冲击断口进行微区成分分析，观 察图 2（ a） 试样扫面形貌，断口可看到夹杂物，夹 杂物的能谱成分分析结果见图 2（ b） ，能谱检测出 S、Mn 元素的含量较高，经初步分析，发现的条状 物为硫化物，断口硫化物分布比较集中； 观察图 2 （ c） 试样断口形貌，对检测中发现的白亮夹杂物 进行能谱分析，结果显示其中主要成分是 Si、Al、 O、Ca，能谱分析结果见图 2（ d） ，经初步分析夹杂 物为硅酸盐类夹杂。此两种类夹杂物对于钢板的 冲击性能影响很大，因为夹杂物在轧制过程中会 沿着轧制方向随钢材变形，引起钢板的各项异性， 尤其是钢板厚度方向的性能，从而降低钢板的低 温冲击韧性。
1 试验材料成分及力学性能
选用的试验材料是Q345 E钢板，分别在1 #、 2#、3#、4#钢板上各取 3 个试样，每个试样加工成
尺寸为 10 mm × 10 mm × 55 mm，V 型槽深 2 mm， 张角 45°，加工好的试样在温度为 － 40 ℃ 的条件 下进行冲击试验。其化学成分及力学性能检测结 果见表 1、表 2。
890
820 ～ 840 800 ～ 820
调整后
精轧开轧 /℃ 终轧 /℃
900
800 ～ 820
880
790 ～ 810
表 5 工艺调整后 Q345E 钢板的力学性能
钢板厚度 / mm
14 18 30 16
－ 40 ℃07
78
88
75
93
100
105
95
85
钢板从高温冷却下来时，因内外冷速不一致 而产生的热应力以及钢板在冷却过程中。内外相 变不一致而产生的相变应力等相叠加后超过钢板 的强度极限时产生的残余应力缺陷会使得钢板表 面出现裂纹和微裂纹，严重影响钢板的力学性能。 针对这一现象，确定 Q345E 轧制后的钢板冷床后
下线，采取堆冷工艺消除钢板的残余应力，提高钢 板的力学性能指标。 4． 3 改进工艺后的力学性能
第 17 卷第 6 期
·16· 2011 年 12 月
·技术讨论·
宽厚板
WIDE AND HEAVY PLATE
Vol． 17，No． 6 December 2011
Q345E 低温冲击不合分析
王智轶 王彩虹