高强钢S700MC拉伸断口分层现象研究

徐勇

（本钢产品研究院，辽宁本溪　117000）

高强钢S700MC拉伸断口分层现象研究

徐勇

（本钢产品研究院，辽宁本溪117000）

为将本钢新建的世界上最先进的2300热连轧机组装备优势转化为先进的技术优势和扩大高强钢产品市场份额，通过合理设计的合金成分，采用TMCP技术生产的高强度合金钢S700MC，在拉伸试验过程中其断口出现分层缺陷，采用金相方法对缺陷部位进行分析，是由于铸坯在凝固过程中C、Mn等元素的中心偏析以及氧化物夹杂所造成的，通过对炼钢工艺和轧钢工艺的优化可控制拉伸断口分层现象的发生。

S700MC高强钢断口分层

1　引言

随着工程机械向装备大型化、轻量化及重载荷等方向的发展，高强度钢使用比例和质量要求都有较大提高，国内高强度工程机械用钢的研发及生产已取得快速进展，对高强钢的质量和强度要求越来越高。S700MC属于属低碳微合金冷成型用钢，采用了铌、钛微合金化和控轧空冷技术，广泛用于工程机械和车辆结构等领域。

目前，600MPa级及以上的高强热轧卷板按的强化机制主要有两种，一是低碳贝氏体系列，其特点是在低C或是超低碳的基础上加一定贝的Mn、Mo、B、Nb、Cr等合金元素，其组织是细的低碳贝氏体组织。这类钢的优点是有好的低温冲击性能，缺点是生产难度大，需要较低的卷取温度，板卷性能波动大；二是析出强化系列，其特点是在C-Mn钢的基础上加一定量的Nb、Ti等微合金元素。析出强化系列的优点是成形性能好，容易生产。目前，绝大多数高强板采用析出强化，本论文的高强钢S700MC就属此第二系列［1］。

2　试验材料与拉伸断口分层现象

2.1S700MC化学成分及力学性能

S700MC钢合金成分执行标准EN10149-2，化学成分见表1，钢卷卷取8小时以后取样，要求在尾部3米，板宽1/4处取样，钢板厚度12.6mm，进行纵向拉伸、冲击和横向冷弯实验，各项性能指标均满足S700MC标准要求，实际测量现场生产样品，屈服强度和抗拉强度分别为735和850MPa，伸长率18.5%，-20℃冲击功大于70J，冷弯性能良好。

2.2拉伸断口形貌及分析

S700MC的拉伸试样，见图1，通过进行金相分析，S700MC的组织为贝氏体加铁素体，见图2，因硬脆相贝氏体体积含量大，钢板存在较大的残余应力。

在拉伸试样断口处取样进行金相分析，经过研磨抛光后，利用金相显微镜和扫描电镜对试样断口处夹杂物以及C、Mn的偏析进行观察，见图2，发现中心存在严重的偏析，呈明显的带状分布，通常，钢液在连铸坯冷却凝固过程中以树枝晶的方式长大，由于选择结晶，造成晶内和枝晶间的化学成分不均匀，枝晶间富集了较多的碳、合金元素及硫、磷等杂质。连铸坯加热时，碳作为间隙固溶原子在奥氏体内部扩散分布较均匀，而置换固溶原子锰均匀化较困难，枝晶偏析难以彻底改善，在轧制过程中，铸坯的枝晶偏析逐步转变为成品卷板的带状偏析［2］。对拉力分层处中心试样重新抛光，进行夹杂物分析，发现中心存在夹杂物，检测分析其中B类夹杂物达2.5级，D类和Ds类分别为1.0和1.5级，这也是导致拉伸断口分层的主要原因。

图1　S700MC拉伸断口Fig.1 Tensile fracture of S700MC

图2　S700MC心部显微组织（厚度方向）Fig.2 Microstructure in the1/4 position（thickness direction）

3　S700MC钢拉伸断口分层的控制措施

以上研究表明，拉伸断口分层的产生的根本原因是连铸坯浇注钢水在凝固过程中合金元素产生的中心偏析造成的，通过优化炼钢和轧钢工艺可以加以控制其断口分层缺陷的形成。

3.1炼钢工艺优化

连铸坯浇注过程中的钢水过热度、拉速、扇形段辊道开口度及夹杂物控制等因素直接影响连铸坯中心偏析。钢水过热度是影响等轴晶比例的重要因素。非金属夹杂物，特别是硫化物、氧化物夹杂的偏聚对钢材的性能产生恶劣影响，严重降低钢材的塑性、韧性［3］。

针对以上因素，对炼钢工艺进行了以下优化：

（1）中包过热度控制在10～30℃，铸坯拉速保持1.0m/min 恒速浇铸。

（2）采用轻压下以及电磁搅拌技术，以减轻铸坯中心偏析。

3.2轧制工艺优化

优化轧制工艺主要目的是改善板坯中心偏析对钢卷中心分层的影响和细化铁素体晶粒，促进Ti（C、N）和Nb（C、N）的弥散析出，细化晶粒，提高产品强韧性，粗轧采用大压下工艺，将粗轧的3+5道次调整为3+3道次，以及降低冷却速率等。

4　结语

（1）S700MC钢板拉伸断口分层产生的主要原因是连铸坯存在C和Mn等元素产生的中心偏析，使脆性相贝氏体在中心碳、锰偏析的区域优先形成，从而造成整个断面组织产生较大的差异。

（2）炼钢工艺可采取控制浇注钢水过热度、降低铸坯拉速、采用动态压下或电磁搅拌；轧制工艺粗轧采用大压下工艺，将粗轧的3+5道次调整为3+3道次和降低冷却速率等控制措施避免或减轻S700MC钢板拉伸断口分层。

［1］陆匠心.700MPa级高强度微合金钢生产技术研究［D］.东北大学博士学位论文，2004.

［2］崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理［M］.北京：机械工业出版社，2007. 74-76.

［3］任吉堂.连铸连轧理论与实践［M］.冶金工业出版社，2002.107-108.

表1　S700MC钢化学成分Table 1 Chemical composition of S700MC /%

徐勇（1979—），男，辽宁沈阳人，硕士，工程师，现就职于本钢产品研究院，研究方向：石油天然气管道用钢。