近年来人们在注重中厚板性能提高的同时,也较加关注中厚板的表面质量。常见的中厚板的外观缺陷有过热、麻点、表面夹杂、裂纹、气泡、凹坑、翘皮和结疤等。常规流程生产的热轧板是以连铸板坯作为坯料,通过加热、除磷、粗轧和精轧以及层流冷却等工艺完成生产。热轧板材常见的表面质量缺陷大多起源于连铸板坯,其表面质量的好坏对热轧板材外观质量产生很大的影响。
近期,三钢中板厂生产的热轧钢板Q345B出现了大批量的边部裂纹及雨点状缺陷,其缺陷深浅、大小和形态不一,裂口沿轧制方向分布且有伸长,此类缺陷导致了中厚板大量改尺,终降级销售,给公司造成了巨额损失。为此三钢炼钢厂就这一缺陷进行分析,探讨其形成原因以及改进措施。
2 缺陷宏观特征分析与结果
从中板厂火切现场对板材边部缺陷的观察来看,轧材“雨点状”缺陷距边部距离大10~30mm范围内,且轧材的边部在窄边部位还出现不同程度的烂边现象。
为判断缺陷类型,找到问题所在,对边部存有缺陷的板材同一炉次未轧铸坯进行锁坯,并对相应铸坯边部进行火焰吹扫观察口。通过观察发现,问题炉次的未轧铸坯边部皮下存有密集针孔,断定轧材边部的烂边裂纹及“雨点状”缺陷为铸坯皮下气泡所致。
合金元素与铁、碳的相互作用
合金元素加入钢中后,主要以三种形式存在钢中。即:与铁形成固溶体;与碳形成碳化物;在高合金钢中还可能形成金属间化合物。
1. 溶于铁中
几乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入铁中, 形成合金铁素体或合金奥氏体, 按其对α-Fe或γ-Fe的作用, 可将合金元素分为扩大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类。
扩大γ相区的元素—亦称奥氏体稳定化元素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等, 它们使A3点(γ-Fe α-Fe的转变点)下降, A4点( γ-Fe的转变点)上升, 从而扩大γ-相的存在范围。其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相区扩大到室温以下, 使α相区消失, 称为完全扩大γ相区元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 虽然扩大γ相区, 但不能扩大到室温, 故称之为部分扩大γ相区的元素。
缩小γ相区元素——亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它们使A3点上升, A4点下降(铬除外, 铬含量小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上升), 从而缩小γ相区存在的范围, 使铁素体稳定区域扩大。按其作用不同可分为完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分缩小γ相区的元素(如B、Nb、Zr等)。
主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮,内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损,同时又承受较大的交变载荷,特别是冲击载荷。
2. 性能要求
(1) 表面渗碳层硬度高,以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力,同时具有适当的塑性和韧性。
(2) 心部具有高的韧性和足够高的强度。心部韧性不足时,在冲击载荷或过载作用下容易断裂;强度不足时,则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。
(3) 有良好的热处理工艺性能 在高的渗碳温度(900℃~950℃)下,奥氏体晶粒不易长大,并有良好的淬透性。
3. 成分特点
(1)低碳:碳含量一般为0.10%~0.25%,使零件心部有足够的塑性和韧性。
(2) 加入提高淬透性的合金元素:常加入Cr、Ni、Mn、B等。
(3) 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素:主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等,形成稳定的合金碳化物。
4.钢种及牌号
20Cr低淬透性合金渗碳钢。这类钢的淬透性低,心部强度较低。
20CrMnTi中淬透性合金渗碳钢。这类钢淬透性较高、过热敏感性较小,渗碳过渡层比较均匀,具有良好的机械性能和工艺性能。
18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金渗碳钢。这类钢含有较多的Cr、Ni等元素,淬透性很高,且具有很好的韧性和低温冲击韧性。
5. 热处理和组织性能
合金渗碳钢的热处理工艺一般都是渗碳后直接淬火,再低温回火。 热处理后,表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织,硬度为60HRC~62HRC。心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关,完全淬透时为低碳回火马氏体,硬度为40HRC~48HRC;多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体,硬度为25HRC~40HRC。心部韧性一般都**700KJ/m2。
合金调质钢编辑
1. 用途
合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件,如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。
2. 性能要求
调质件大多承受多种工作载荷,受力情况比较复杂,要求高的综合机械性能,即具有高的强度和良好的塑性、韧性。合金调质钢还要求有很好的淬透性。但不同零件受力情况不同,对淬透性的要求不一样。
3. 成分特点
(1) 中碳:碳含量一般在0.25%~0.50%之间,以0.4%居多;
(2) 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等:这些合金元素除了提高淬透性外,还能形成合金铁素体,提高钢的强度。如调质处理后的40Cr钢的性能比45钢的性能高很多;
(3) 加入防止第二类回火脆性的元素:含Ni、Cr、Mn的合金调质钢,高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。在钢中加入Mo、W可以防止第二类回火脆性,其适宜含量约为0.15%~0.30%Mo或0.8%~1.2%的W。
45钢与40Cr钢调质后性能的对比
钢号及热处理状态 截面尺寸/ mm sb/ MPa ss/MPa d5/ % y/% ak/kJ/m2
45钢 850℃水淬, 550℃回火 f50 700 500 15 45 700
40Cr钢 850℃油淬, 570℃回火 f50 (心部) 850 670 16 58 1000
在中厚板生产线上,钢板表面裂纹是影响产品合格率的主要缺陷之一,对于低碳钢板Q235B和Q345B尤其严重。分析认为:板材纵裂纹来源于铸坯表面裂纹,主要是结晶器的弯月面区初生凝固壳厚度的不均匀性造成,同时与低碳钢包晶相变存在关系。采取措施是:
1保护渣
对于铸坯纵裂发生率高的Q235B和Q345B钢种来说,应要求保护渣有较高的结晶温度和析晶率,较高的碱度和黏度;与此同时,也要求保护渣的稳定性和钢渣分离良好。为此将保护渣的碱度控制为1.26,1300℃黏度在0.97Pa.s。
2软吹时间
钢水的纯净度会明显影响板材纵裂产生。为了减少钢中夹杂物,提高钢水的纯净度。要求确保精炼炉软搅拌时间,每炉钢水的软搅拌时间不得少于10min,使Al2O3尽可能从钢水中上浮。
3连铸工艺
1)稳定拉速,避免结晶器内钢水液面波动过大,保证液面波动小于±5mm,确保形成均匀厚度的渣膜时结晶器内初生连壳厚度均匀。对于Q235B 和Q345B钢,将拉速稳定控制在1.0m/min左右。
2)选择合适的结晶器锥度,尤其是窄面锥度,保持结晶器锥度在9.0mm左右。
3)钢水过热度控制在20-25℃,减少温度过高造成的柱状晶发达而导致晶界强度下降, 造成裂纹。
4)提高铸机对弧精度,保证浸人式水口对中,插人深度和出口倾角要合适,防止倾角过大或过小造成角部冲刷严重或液面紊流。
5)选择合适的二冷强度与拉速匹配,尽量避免铸坯在*Ⅱ脆性区(700-900℃)矫直;铸坯表面温度均匀、波动小,保证铸坯内外部质量。
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