鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于冶金【技術領域】，具體涉及一種高可靠性鋼的選擇方法，即對鋼中鐵素體及內部的硫化物對中厚板分層影響的評價方法。鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，其特征在于：選取由多個試樣組成的試樣群，采用光學顯微鏡和掃描電鏡對其金相組織、缺陷形態(tài)、微觀組織和微量成分進行分析。通過一種科學的研究方法找出鑄坯內部缺陷在軋制過程中的變化規(guī)律及對鋼板分層產生的影響規(guī)律，掌握中厚板分層部位的缺陷組織的主要形態(tài)和內部組成，找出鑄坯冶金到鋼板軋制的對應關系，提出鑄坯內部疏松、中心裂紋、縮孔、夾雜缺陷在軋制時焊合及修復的邊界冶金條件及鋼板的軋制要求，從而解決或顯著減少鋼板分層缺陷的發(fā)生。
【專利說明】鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金【技術領域】，具體涉及一種高可靠性鋼的選擇方法，即對鋼中鐵素體及內部的硫化物對中厚板分層影響的評價方法。
【背景技術】
[0002]中厚板分層是中厚板軋制過程中最常見的缺陷，鋼板分層缺陷可導致鋼材力學性能的各向異性，特別是沿鋼板厚度方向的力學性能惡化會使鋼板的沖擊韌性和抗疲勞能力變弱，易發(fā)生氫損傷和層狀撕裂，是一種易造成鋼板降級改判、嚴重時判廢的鋼板內部缺陷。
[0003]長期以來，中厚板分層缺陷的形成在現(xiàn)有的文獻和資料中對未明確地給出鑄坯內部缺陷與和軋制影響之間相對應的直接關系。中厚鋼板的分層缺陷在不同鋼種、不同規(guī)格鋼板中出現(xiàn)的規(guī)律一直不明確，分層缺陷沒有得到有效地解決，始終對中厚板的生產與加工使用帶來不利的影響，亟待通過一種科學的研究方法找出鑄坯內部缺陷軋制過程中的變化規(guī)律及對鋼板分層產生的影響規(guī)律，掌握中厚板分層部位的缺陷組織的主要形態(tài)和內部組成，找出鑄坯冶金到鋼板軋制的對應關系，提出鑄坯內部疏松、中心裂紋、縮孔、夾雜缺陷在軋制時焊合及修復的邊界冶金條件及鋼板的軋制要求，從而解決或明顯減少鋼板分層缺陷的發(fā)生。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述的技術問題，本發(fā)明提供了一種對鋼中鐵素體及內部的硫化物對中厚板分層影響的評價方法。
[0005]本發(fā)明的對鋼中鐵素體及內部的硫化物對中厚板分層影響的評價方法是通過下述的技術方案來解決以上的技術問題的:
通過對選定的同一爐號的多只連鑄板坯進行在全面探測并分析后，標定出鑄坯內部疏松、中心裂紋、縮孔、夾雜缺陷在鑄坯上的分布圖，通過缺陷分布的對比，找出這幾種缺陷分布形態(tài)基本一致的坯料進行配對，配對后的坯料一只用于解剖分析，一只用于鋼板軋制。按這種要求，分別在不同爐號進行了缺陷鑄坯的配對選擇，以此選擇出多對坯料進行解剖分析和軋制。
按常規(guī)工藝將選擇好的多只鑄坯分別軋制成多個厚度規(guī)格的鋼板，分別對其探傷檢測，標識出分層和裂紋缺陷的分布圖，并與其配對的鑄坯的缺陷分布圖進行比對，依照對鋼板探傷圖譜對分層缺陷嚴重部位分別對鋼板和鑄坯對應部位進行多點連續(xù)取樣。對取樣進行標注及制備后，分別用光學顯微鏡和掃描電鏡等對其金相組織、缺陷形態(tài)和微觀成分進行分析。找出了鑄坯內部缺陷軋制過程中的變化規(guī)律及對鋼板分層產生的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了中厚板分層部位的缺陷組織主要為沿軋向分布的鐵素體帶，在其內部的條狀或片狀硫化物沿軋向分布，給出了鑄坯內部疏松、中心裂紋、縮孔、夾雜缺陷在軋制時焊合及修復的邊界冶金條件以及利用有限元法模擬鋼板的軋制，提出了壓下規(guī)程設計的要求。[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
對鑄坯剖面典型夾雜物電子探針分析發(fā)現(xiàn)，鑄坯內部缺陷主要為I類球狀硫化錳夾雜，尺寸從幾微米到幾十微米不等。軋后球狀硫化物變成了長條狀，這與其本身及鋼的流變應力有關。依據(jù)軋制試驗，在應變?yōu)?.1時，硫化錳夾雜和鋼基體流變應力與溫度及應變速率的關系見附圖7。
[0007]在高溫區(qū)，硫化錳夾雜比鋼基體更易變形。在800°C以上硫化物流變應力要小于鋼基體本身，故軋制溫度對鋼中硫化物形態(tài)影響不大。部分硫化物發(fā)生斷裂被分成幾段，其中間區(qū)域被金屬基體重新焊合；由于硫化物夾雜和基體金屬的熱膨脹系數(shù)有很大差異，在軋后冷卻過程中產生的收縮效應不同，使得部分條狀硫化物的尖端與基體界面處出現(xiàn)小的空洞；在缺陷處還彌散一些尺寸只有幾微米的硫化物夾雜，它們在軋制后基本上沒有發(fā)生變形。
[0008]當鋼板的壓縮比較小時，軋后硫化物夾雜很難被基體焊合或斷成很小的數(shù)段，而是在鋼板長度方向上呈平行于板面的帶、條狀分布。鋼板在z向拉應力作用下，塑性硫化物夾雜內部因平面滑移而產生了長且窄的滑移帶，滑移帶上的位錯被阻塞在夾雜物和基體的界面處，造成該處的應力集中并導致界面處首先產生空洞；隨應力的增大，空洞互相連通形成微裂紋且進一步擴展，促使相鄰夾雜物引起的裂紋連通造成平臺；同時，裂紋間通過剪切形成剪切壁而連通，從而使厚度方向上的力學性能相對于長度方向明顯惡化。因此，可認為軋后鋼板分層主要是鑄坯中硫化物所致。
[0009]用無損探傷儀對軋制后的鋼板進行探傷檢測，找出分層嚴重的鋼板，依照探傷圖譜，對分層缺陷嚴重的部位進行取樣，用光學顯微鏡分析缺陷處的金相組織，用掃描電鏡對缺陷部位進行形態(tài)分析和微觀成分分析，判斷鋼板產生分層的原因，確定不產生分層時夾雜元素的最小含量。
[0010]鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，選取由多個試樣組成的試樣群，采用光學顯微鏡和掃描電鏡對其金相組織、缺陷形態(tài)、微觀組織和微量成分進行分析；
(1)用光學顯微鏡檢查觀測試樣，探測出鐵素體及硫化物分布的形態(tài)和區(qū)域；
(2)再采用掃描電鏡逐點標記定量分析，對測定的點進行函數(shù)擬合，以測試點距界面處的距離為自變量X，遠離夾雜物的方向為正方向，從而得到在硫化物與基體過渡區(qū)S含量的變化關系式為:
s —_056_
1- exp((x — 1,01) 2,3 51
其中，S為硫化物含量，X測試點距界面處的距離；
(3)采用有限元模擬的方法，在軋件中引入夾雜物的因素，提取各道次變形過程中的等效應力等值線圖，通過應力的分布，總結變形深入心部的趨勢；通過提取軋制過程中各單元的應變隨時間的變化數(shù)值，繪制各道次的應變速率曲線，對夾雜物在軋制過程中的變化規(guī)律進行了研究，總結出可以減少分層缺陷出現(xiàn)臨界條件；
(4)選取同一狀態(tài)小試樣，在其不同厚度位置鉆相同大小的孔洞，然后利用實驗軋機采用不同壓下率軋制，分析軋后孔洞直徑變化情況，總結不同應力滲透系數(shù)下，鋼板心部受力規(guī)律，進一步驗證有限元分析結果。
[0011]將選擇好的多只鑄坯分別軋制成多個厚度規(guī)格的鋼板，選定的同一爐號的多只連鑄板坯在光學顯微鏡和掃描電鏡下用無損探傷儀對軋制后的鋼板進行探傷檢測，標識出分層和裂紋缺陷的分布圖，并與其配對的鑄坯的缺陷分布圖進行比對，依照對鋼板探傷圖譜對分層缺陷嚴重部位分別對鋼板和鑄坯對應部位進行多點連續(xù)取樣標定出鑄坯內部疏松、中心裂紋、縮孔、夾雜缺陷在鑄坯上的分布圖，通過缺陷分布的對比，找出這幾種缺陷分布形態(tài)基本一致的坯料進行配對，配對后的坯料一只用于解剖分析，一只用于鋼板軋制，采用上述的方法，分別在不同爐號進行了缺陷鑄坯的配對選擇，以此選擇出多對坯料進行解剖分析和軋制； 對取樣進行標注及制備后，分別用光學顯微鏡和掃描電鏡等對其金相組織、缺陷形態(tài)和微觀成分進行分析。
[0012]步驟(I)中，用無損探傷儀對軋制后的鋼板進行探傷檢測后，找出分層嚴重的鋼板，依照探傷圖譜，對分層缺陷嚴重的部位進行取樣，用光學顯微鏡分析缺陷處的金相組織，用掃描電鏡對缺陷部位進行形態(tài)分析和微觀成分分析，判斷鋼板產生分層的原因，確定不產生分層時夾雜兀素的最小含量。
[0013]鑄坯中，中厚鋼板分層產生影響的最小硫化物臨界尺寸為5 μ m。
[0014]軋制過程中采用2~3道次的大壓下軋制規(guī)程，其變形滲透系數(shù)要大于0.7。
[0015]軋件進出口的平均高度與軋件變形區(qū)長度之比大于0.518。
[0016]采用掃描電鏡檢測過程中，每隔0.5 μ m測一個點，總共測試10個點。
[0017]通過對含有分層缺陷的鋼板的檢測和分析，得出以下結論:
1、中厚鋼板產生分層的主要原因是鑄坯中含有的大量非金屬夾雜物一硫化物。它在軋制過程中沿軋制方向隨金屬基體一起流動變形，最后變成條狀或片狀夾雜物在鋼板基體內分布，從而引起了鋼板的分層；
2、鑄坯中硫化物尺寸越大，對鋼板的危害也最大，中厚鋼板分層產生影響的最小硫化物臨界尺寸為5μ-- ;
3、要得到細小的硫化物夾雜，控制鋼中的硫的含量和Mn/S是關鍵，當鋼中的硫含量降低到0.02%甚至更低時，可以有效地防止分層缺陷產生；
4、軋制過程中采用2~3道次的大壓下軋制規(guī)程，其變形滲透系數(shù)要大于0.7，或者是軋件進出口的平均高度與軋件變形區(qū)長度之比大于0.518，可有效減少鋼板分層。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于，通過一種科學的研究方法找出鑄坯內部缺陷軋制過程中的變化規(guī)律及對鋼板分層產生的影響規(guī)律，掌握中厚板分層部位的缺陷組織的主要形態(tài)和內部組成，找出鑄坯冶金到鋼板軋制的對應關系，提出鑄坯內部疏松、中心裂紋、縮孔、夾雜缺陷在軋制時焊合及修復的邊界冶金條件及鋼板的軋制要求，從而解決或顯著減少鋼板分層缺陷的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為軋后鋼板探傷缺陷分布圖；
圖2為圖1區(qū)域I處缺陷分布圖；
圖3為軋后鋼板分層缺陷處金相組織；圖4為軋后鋼板探傷缺陷處電子掃描圖像；
圖5為不同壓下規(guī)程下縮孔處應力變化；
圖6為不同壓下道次下縮孔變形有限元模擬圖；
圖7為不同壓下道次下實驗室小試樣鉆孔軋制實驗結果圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】來對本發(fā)明作更進一步的說明，以便本領域的技術人員更了解本發(fā)明，但并不以此限制本發(fā)明。
[0021]實施例1
鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，選取由多個試樣組成的試樣群，采用光學顯微鏡和掃描電鏡對其金相組織、缺陷形態(tài)、微觀組織和微量成分進行分析；
(1)用光學顯微鏡檢查觀測試樣，探測出鐵素體及硫化物分布的形態(tài)和區(qū)域；
(2)再采用掃描電鏡逐點標記定量分析，對測定的點進行函數(shù)擬合，以測試點距界面處的距離為自變量X，遠離夾雜物的方向為正方向，從而得到在硫化物與基體過渡區(qū)S含量的變化關系式為:
【權利要求】
1.鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，其特征在于: 選取由多個試樣組成的試樣群，米用光學顯微鏡和掃描電鏡對其金相組織、缺陷形態(tài)、微觀組織和微量成分進行分析； (1)用光學顯微鏡檢查觀測試樣，探測出鐵素體及硫化物分布的形態(tài)和區(qū)域； (2)再采用掃描電鏡逐點標記定量分析，對測定的點進行函數(shù)擬合，以測試點距界面處的距離為自變量X，遠離夾雜物的方向為正方向，從而得到在硫化物與基體過渡區(qū)S含量的變化關系式為:
2.如權利要求1所述的一種鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，其特征在于，所述的步驟(1)中，將選擇好的多只鑄坯分別軋制成多個厚度規(guī)格的鋼板，選定的同一爐號的多只連鑄板還在光學顯微鏡和掃描電鏡下用無損探傷儀對軋制后的鋼板進行探傷檢測，標識出分層和裂紋缺陷的分布圖，并與其配對的鑄坯的缺陷分布圖進行比對，依照對鋼板探傷圖譜對分層缺陷嚴重部位分別對鋼板和鑄坯對應部位進行多點連續(xù)取樣標定出鑄坯內部疏松、中心裂紋、縮孔、夾雜缺陷在鑄坯上的分布圖，通過缺陷分布的對比，找出這幾種缺陷分布形態(tài)基本一致的坯料進行配對，配對后的坯料一只用于解剖分析，一只用于鋼板軋制，采用上述的方法，分別在不同爐號進行了缺陷鑄坯的配對選擇，以此選擇出多對坯料進行解剖分析和軋制； 對取樣進行標注及制備后，分別用光學顯微鏡和掃描電鏡等對其金相組織、缺陷形態(tài)和微觀成分進行分析。
3.如權利要求1所述的一種鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，其特征在于，所述的步驟(1)中，用無損探傷儀對軋制后的鋼板進行探傷檢測后，找出分層嚴重的鋼板，依照探傷圖譜，對分層缺陷嚴重的部位進行取樣，用光學顯微鏡分析缺陷處的金相組織，用掃描電鏡對缺陷部位進行形態(tài)分析和微觀成分分析，判斷鋼板產生分層的原因，確定不產生分層時夾雜元素的最小含量。
4.如權利要求1所述的一種鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，其特征在于，所述的鑄坯中，中厚鋼板分層產生影響的最小硫化物臨界尺寸為5 μ m。
5.如權利要求1所述的一種鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，其特征在于，所述的軋制過程中采用2~3道次的大壓下軋制規(guī)程，其變形滲透系數(shù)要大于0.7。
6.如權利要求1所述的一種鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，其特征在于，所述的軋件進出口的平均高度與軋件變形區(qū)長度之比大于0.518。
7.如權利要求1所述的一種鋼中鐵素體帶及內部硫化物對中厚板分層影響的評價方法，其特征在于，所述的采用 掃描電鏡檢測過程中，每隔0.5 μ m測一個點，總共測試10個點。
【文檔編號】G01N33/20GK103472202SQ201310412392
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】崔風平, 孫瑋, 趙乾 申請人:濟鋼集團有限公司