Ｓ３５５Ｊ２钢板表面裂纹分析 钢板裂纹

　　摘要 针对南钢中厚板卷厂生产的S355J2钢板表面出现裂纹缺陷，采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪进行了分析。结果表明，裂纹具有沿钢板纵向延伸且深度很小的规律性，裂纹产生的原因主要是Nb元素的碳氮化物表面偏聚所致，通过进行微钛处理成分设计并结合优化连铸工艺，可有效改善S355J2钢板表面裂纹问题。
　　关键词裂纹 含Nb钢 连铸坯
　　Analysis in Formation of Fine Surface Cracks on S355J2 Plates
　　WANG Duan-jun1, ZHANG Hua-wei1, WU Hui-bin2, YU Wei2, WANG Dao-yuan1
　　(1. Nanjing Iron & Steel Group Co., Ltd, Nanjing, Jiang Su, 210035; 2. National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology, University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083)
　　AbstractThrough proceeding the macroscopical observation and SEM to the longitudinal crack on S355J2 plate surface produced in Nanjing Iron & Steel Group Co., Ltd,. The results indicate that the crack on the plate across section is intend to not wide range expand to inner of the plate. The cracks are caused by the aggregation of Nb (C, N) at surface in plate. Through designing of microcontent Ti addition and optimizing continuous metal cast process the surface qualities were improved effectively.
　　
　　1．前言
　　
　　S355J2 钢板是低合金高强度钢板的一种[1]，南京钢铁集团公司在生产该钢板时，采用了低碳加微量Nb合金成分体系，通过转炉+LF炉外精炼的冶炼工艺并结合控制轧制+控制冷却轧钢工艺生产。2007 年9月，中厚板卷厂轧制16～40mm S355J2时，部分钢板表面出现大量裂纹，造成钢板表面质量不合格。表面质量不合格既影响交货期又造成质量损失。为阐明裂纹产生的原因，本文从成分设计优化，结合连铸工序并取样做了相关检验、分析。
　　
　　2．钢板表面裂纹产生原因
　　
　　2.1裂纹宏观特征
　　TMCP工艺生产的S355J2钢板表面裂纹多出现在钢板距边部约10mm内，呈现典型的沿横向延伸现象，其典型低倍形貌见图1所示。
　　
　　图1 钢板表面宏观裂纹形貌
　　
　　2.2 金相检验
　　在钢板表面有裂纹的部位取样，磨平、抛光后再用4 %硝酸酒精溶液浸蚀，进行裂纹微观观察。图2（a），（b）为裂纹横截面显微照片,可看出裂纹向钢板内扩展，扩展范围约100-120µm左右。图2（c）为裂纹处（图2（a）,（b）的1，2，3处均相同）的能谱分析，可见，裂纹处主要存在Nb元素的碳氮化物，看来由于Nb元素在钢板表面的富集是导致裂纹产生的重要原因之一。图2（d）为板面存在裂纹位置磨掉约100µm后的基体显微组织，由图可见，该处为正常的铁素体+珠光体组织，晶粒比较细小均匀，珠光体分布较弥散，没有明显的带状组织，也没有发现明显的裂纹存在，说明钢板表面裂纹并没有深入到钢板内部。
　　
　　（a）
　　
　　(b)
　　
　　(c)
　　
　　(d)
　　图2 裂纹部位显微组织及能谱分析(a)，(b)裂纹微观形貌及显微组织；(c)裂纹处的能谱分析；(d)裂纹内部组织形貌
　　
　　3．S355J2钢板表面裂纹改进措施
　　
　　钢板表面存在裂纹部位的Nb含量较高且没有发现异常夹杂，可证明裂纹处Nb元素的偏聚，由于微合金元素与钢中的C、N 结合，在奥氏体晶界析出大量Nb (C, N)等质点。这些质点分布于奥氏体晶界，降低了晶界强度，诱发裂纹，在铸坯表面温度较低时，这种析出行为加剧，进入矫直区，由于矫直应力的作用，在振痕波谷处应力集中产生裂纹。该现象说明板坯可能在加热前存在裂纹。因此可判定钢板表面的裂纹是由连铸板坯的表面裂纹带来的[2]。因此采用以下改进措施：
　　（1）考虑到表面裂纹内部含有一定量的Nb元素的碳氮化物，为了降低Nb元素的偏聚，让Nb元素的碳氮化物能够在钢板中弥散分布，采用微钛处理的成分设计的优化，即在原有成分的基础上适当添加0.012%wt的Ti元素。由于Ti的存在会使得连铸坯中的析出在凝固过程中形成，且可以在铸坯中均匀分布，而Nb的析出又多以Ti的析出物作为形核质点[3-4]，所以促使Nb的析出也会均匀分布，从而减轻Nb在边部的偏聚，以便降低裂纹发生机率。
　　（2）含铌钢铸坯横裂纹多发生在内弧，这与矫直工艺有很大的影响[5]。如果铸坯温度位于钢种的高温脆化区，矫直时铸坯振痕波谷处易产生横裂纹。为避开含铌钢的脆化温度区，提高含铌铸坯矫直点温度950℃以上，可以改善含铌钢裂纹发生。
　　（3）关于结晶器振动，振幅越大，振痕越深；负滑脱时间越长，振痕越深；振动频率越低，振痕越深[6]。采用高振频低振幅的振动模式浇铸含铌钢，可以改善铸坯表而质量，减少裂纹发生率。
　　（4）结晶器内液面波动、钢水偏流等情况会造成初生坯壳的不均匀，在拉坯力的作用下，增加横裂纹发生的几率。结晶器液而控制由手动改为自动控制，横裂纹废品率减少。全过程保护浇铸，减少钢水中的夹杂物，改善钢水的偏流情况，对控制铸坯裂纹有好处[7]。另外结晶器冷却采用弱冷控制、拉坯速度保持平稳、较低的过热度，可以减少裂纹发生。
　　
　　4．结论
　　
　　（1）造成此次S355J2中厚钢板表面裂纹的原因是连铸板坯表面存在Nb元素碳氮化物的富集所致。
　　（2）采用微Ti处理的成分设计，通过控制Nb+Ti的复合析出在钢中的存在形式可以有效解决钢板表面裂纹问题。
　　（3）提高含铌铸坯矫直点温度，采用高振频低振幅的振动模式，结晶器冷却采用弱冷控制、拉坯速度保持平稳、采用较低的过热度可以对减少表面裂纹起到一定作用。
　　
　　5．参考文献
　　[1] 王爱云，李玉奇. S355J2G3 钢板低温冲击韧度不合格原因分析[J]，理化检验―物理分册，2007. 37（1）:35-36
　　[2] 付劲光，窦楠. 钢板表面微裂纹的原因分析与改进[J]，冶金丛刊，2007. 10 (171): 25-27
　　[3] Djahazi M. Nb(C,N) Precipitation and Austenite Recrystallization in Boron-Containing High-Strength Low Alloy Steels [J]. Met.Tran A, 1992, 23A: 2111-2120
　　[4] Hong S G, Kang K B, Park C G. Strain-Induced Precipitation of NbC in Nb and Nb-Ti Microalloyed HSLA Steels [J]. Scrita Materialia, 2002, 46 : 163-168
　　[5] 巨建涛，张朝晖，折媛，王海江. 板坯表面纵裂的成因分析及控制措施[J]，铸造技术，2007. 28 (8): 1126-1129
　　[6] 王大宝，刘东夫. 中厚板表面微裂纹成因分析[J]，炼钢，2000, 16 (2):15-18
　　[7] 王高田. 中厚钢板表面裂纹产生原因分析[J]. 轧钢, 2006. 23 (3): 58-59