简析微观组织对Q345B和Q355钢板力学性能的影响.pdf

文章通过金相组织、夹杂物分析和力学性能测试，研究了显微组织和夹杂物对Q345B和Q355钢板力学性能的影响。结果表明：Q345B和Q355钢板组织主要为铁素体和珠光体，钢板心部存在偏析现象。晶粒度越细钢板的屈服强度越高，珠光体含量高时抗拉强度高；块状铁素体能够明显提高屈服强度，降低夹杂物总量能够有效提升钢材延伸率。关键词：Q345B3Q3555力学性能显微组织夹杂物Analysis of Effects of Microstructureon Mechanical Properties of Q345B and Q355 Steel PlatesZHU JingwenQIN Xiaomei(Sci-tech and Quality Department)Abstract:In this article,the effects of microstructure and inclusions on the mechanical properties of Q345B and Q355steel plates were studied through metallographic structure analysis,inclusion analysis,and mechanical property testing.The results show that the microstructure of Q345B and Q355 steel plates are mainly ferrite and pearlite,and there is seg-regation in the center of the steel plates.The finer the grain size,the higher the yield strength of the steel plate.Thehigher the pearlite content,the higher the tensile strength.Granular ferrite can significantly improve the yield strength,and reducing the total amount of inclusions can effectively improve the elongation of steel.Keywords:Q345B,Q355,Mechanical Properties,Microstructure,Inclusions前言Q345B和Q355低合金结构钢广泛应用于工程机械、桥梁建设、汽车船舶以及机械制造等领域，在经济发展与建设中具有重要地位 1-2 。随着国家基础建设的不断发展，对其需求量增大，质量要求也越来越高，特别是对钢板的各项力学性能提出了更高要求。Q345B和Q355钢板力学性能的不合会在生产和使用过程中出现开裂、分层等不良现象，引起用户质量异议，造成巨大经济损失 3。本文运用金相组织和夹杂物分析的方法，对Q345B和不同级别的Q355钢板的屈服强度、抗拉强度、延伸率等力学性能进行测试，简析了微观组织和夹杂物对Q345B和Q355钢板力学性能的影响并提出改进措施，为企业生产提供理论依据。1试验材料与方法1.1试验材料试验样品取自某钢厂生产的Q345B、Q 35 5 B、Q 35 5 C和Q355D结构钢，分别标记为1#、2#、3#、4#试样。经过铁水预处理、转炉冶炼和LF+RH精炼后形成连铸坏，通过再加热和轧制得到规格12 mm厚的钢板。1.2试验方法利用蔡司Inager.M2m光学显微镜对试验钢板显微组织进行分析；用Explorer4夹杂物分析仪研究试验钢板的夹杂物分布及成分；使用拉力试验机对试2023年第2 期南钢科技与管理验钢板的力学性能进行测试。2试验结果与分析2.1钢板成分及显微组织检测试验用钢板的化学成分如表1所示，均符合GB/T15912018中Q345B和Q355的成分要求。其中2#试样C含量相对较高,3#和4#的P、S含量相对较低。表1试验钢的化学成分/Wt%CSiMnPSNbVTiCrNiCuNMo编号不大于1#0.200.501.700.0350.0350.070.150.200.300.500.300.0120.102#0.240.551.600.0350.035一一一0.300.300.400.012一3#0.200.551.600.0300.0300.300.300.40一0.012一4#0.200.551.600.0250.025一一一0.300.300.40一图11#4#试样的金相显微组织图1为钢板轧制方向显微组织图（左侧为板厚1/4处的组织，右侧为板厚1/2 处组织），表2 为试验钢板的铁素体含量、晶粒度及中心带状评级结果。可看出，4个试样板厚1/4处的组织均为带状铁素体+珠光体，3#铁素体含量最低，2#最高；2#中的铁素体为块状中温铁素体，其余试样为先共析铁素体。试验钢板在板厚1/2 处均存在偏析带，其中1#和3#试样存在连续分布的马氏体+贝氏体带状偏析。表2试验钢的铁素体含量、晶粒度及中心带状评级结果编号F/%晶粒度中心带状1#6691.0级2#759.51.0级3#64101.5级4#709.51.5级2.2试验钢板夹杂物分析根据GB/T10561-2005标准对钢板中的非金属夹杂物进行评级，钢板中的夹杂物有B、D 和DS类。其中除2#外，其他试样的B类和D类夹杂物均未超过0.5 级，2#试样的B类夹杂物细系达1.5 级。前三个试样的DS类夹杂物等级分别为0.5 级、1级和3级，夹杂物形貌如图2 所示。1#2#3#4#图21#4#试样中的夹杂物对试验钢进行全厚度夹杂物分析，结果见表3。将夹杂物成分分别投影至Mg-Al-Ca和S-Mn-Ca三元相图内，得到试验钢中夹杂物的成分分布如图3所示。各试样中的夹杂物分布均匀,尺寸 5 m的居多。其中2#试样的硫化物中Ca含量高，4#试样的硫化物中Mn含量高，1#、3#试样介于二者之间。2023年第2 期南钢科技与管理表3试验钢ASPEX夹杂物分析结果编号总计5 m硫化物-氧化物硫化物数量密度/个/cm数量密度/个/cm数量密度/个/cm数量密度/个/cm1#117139.0112095.6054746.7055747.602#76125.4071894.3040853.6028337.203#110036.70103193.7055450.4044740.604#176658.90161293.7078244.3094653.50Avenge.PointMo1#Anorage Point1#AverngePoit2#AvepoePon2#S33C66%Ca33%A28%M18MCCaCsACMntndunkonCoune743MtncuskonCournt114InckusionCount:1171InckrskonCounit749AverngePointMO3#AveragePolntS3#Averge Point4#AverogePointS4#40%537%531%A51%C15C43%N48MCaMnCACatnchilonCounit1063Mnhcuslon.Count1098InckusionCount1480IcusionCount1758图3试验钢中夹杂物的成分分布试样中大尺寸典型夹杂物背散射电子像及成分分析结果如图4所示,其中（b）中附近有TiN夹杂，Nb含量较高、衬度为白色。结合前述分析可知，试验钢中的夹杂物主要有氧化物和硫化物的复合夹杂以及钙铝酸盐类夹杂。(a)46%25001600S20005%120015000.1%M800TS$ComPM10112415617N112(b)S4.3%16002%5000.7%0.7%4006%120043%300a2%8002000.2%10040100$ConM2456789101211123141617400350015.53000MoS122500S200015010002006080CoN11121345361718（a)氧化物和硫化物复合夹杂；(b)硫化物；（c）氧化物图4试样中大尺寸典型夹杂物背散射电子像及成分2023年第2 期南钢科技与管理2.3试验钢板力学性能测试结果表4给出了钢板的屈服强度、抗拉强度、延伸率和屈强比。从表中可以看出，2#试样的屈服强度、延伸率和屈强比均为最高，3#试样的抗拉强度最高。表4试验钢的力学性能编号R.0./MPaRm/MPaA/%屈强比1#406552300.742#427510330.843#42256030.50.754#39452028.50.763分析与讨论通过对Q345B、Q 35 5 B、Q 35 5 C和Q355D钢板显微组织和夹杂物的表征与分析，发现钢板的显微组织和夹杂物对力学性能产生显著影响。试验钢的显微组织主要为先共析铁素体和珠光体组织，珠光体组织力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强硬度高于单独的铁素体组织，组织内部珠光体和夹杂物含量与钢材塑韧性呈负相关将1#钢和2#钢进行对比，1#钢中铁素体含量为66%低于2#试验钢的7 5%，铁素体组织呈层状排布，边界处有珠光体析出；2#试验钢铁素体为中温块状铁素体，晶粒略细。可以看出，2#试验钢的屈服强度要高于1#钢，这是因为在外加应力的作用下，由于2#组织内部晶粒更细小、晶界更长，另外块状铁素体内位错密度更高、滑移困难，不易发生塑性变形。将2#钢和3#钢进行对比，3#钢带状偏析1.5 级高于2#钢1级，并且3#钢偏析带上存在中低温转变组织马氏体+贝氏体组织。在拉伸过程中铁素体先变形，而硬质相马氏体和贝氏体不会发生变形。因此二者的交界处，即软硬相的界面容易出现裂纹并扩展，发生断裂，对材料的力学性能产生负面影响。将2#钢和4#钢进行对比，4#钢夹杂物数量和密度均明显高于2#试验钢，这会导致组织内部缺陷密度更高,与基体结合强度低。夹杂处晶格畸变程度高、位错密度高，在外加应力时，微观裂纹易在此处形核、扩散并生长，导致材料断裂延伸率较差。从断后延伸率可以看出，4#钢为2 8.5%，明显低于2#钢33%。另一方面，2#试样Ca含量更高，主要形成CaS夹杂，而4#试样中主要形成MnS夹杂。CaS的形貌主要为球形，少量存在对力学性能影响不大。而MnS容易沿轧制方向延展为大尺寸的条带状，能够显著降低力学性能。综上原因,4#试样的强度和断裂延伸率都比2#差。4结论通过对上述试样微观组织和宏观性能试验结果分析，得出以下结论：（1)Q 345 B、Q 35 5 B、Q 35 5 C和Q355D钢的屈服强度与铁素体晶粒度和铁素体类型有关，晶粒度细屈服强度高，块状铁素体由于内部位错密度高能够明显提高屈服强度。（2)珠光体含量对抗拉强度有影响，珠光体含量高抗拉强度高。（3)夹杂物总量影响钢材的延伸率，降低夹杂物总量可以有效提高钢材的延伸率。参考文献：1刘坤龙，吕明，宋保民，张朝晖，王建江，方明.Q355B铝镇静钢夹杂物演变及钙处理工艺优化J.钢铁，2022,57(12):79-87.2刘五兵，王文君,王世清，李方坡,洪宁.高强度低合金结构钢组织性能试验研究 J.石油化工设备，2 0 2 2，51(02):6-10.3 李俊峰，路晨龙，廖正俊，常建栋.Q355C带钢表面翘皮产生原因及解决措施J.天津冶金，2 0 2 2（0 5）：6 6-69.