厚规格NM500钢板切割延迟裂纹分析及改进措施

刘胜赫，廖桑桑，邵 华

（新余钢铁集团有限公司，江西 新余338001）

1 前 言

随着冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等领域的高速发展，对具有高强韧性、可焊接、较厚的高硬度耐磨钢板的需求量越来越大［1］。低合金高强度耐磨钢板由于成分简单，又具有优良的综合性能，逐渐受到国内外用户的青睐［2］。耐磨钢板通常采用淬火+回火热处理工艺制造，回火出炉后钢板获得回火马氏体组织，由于马氏体组织硬而脆，因此在采用火焰切割后，钢板经常会产生延迟裂纹，特别是厚度越厚、等级越高（硬度越高）的耐磨钢板，由于有时裂纹的产生有一定的潜伏期，和氢致裂纹相近，也归纳为氢致裂纹之列［3］。

新钢在切割NM500耐磨钢板时，也时常产生延迟裂纹，造成判废量较大，成材率低，生产成本增加，而且延长了产品的交货期，严重影响了企业形象，因此针对NM500火焰切割后出现的延迟裂纹进行了试验分析和研究。

2 裂纹原因分析

2.1 试验材料与方法

试验料取自新余钢铁股份有限公司生产的60 mm 厚NM500 耐磨钢板，化学成分如表1 所示。钢板的主要生产工艺流程为：

顶底复吹转炉冶炼→氩站吹氩喂线→LF 精炼→VD/RH 炉真空精炼→板坯连铸→加热炉加热→轧制→空冷→分段→下线缓冷→淬火+回火→矫直→精整→检验→入库。

表1 NM500钢化学成分要求 %

2.2 取样及宏观分析

钢板热处理后采用火焰对钢板进行定尺切割，切割温度为81 ℃，切割后空冷至室温，一段时间后发现在切割端出现裂纹，因此对裂纹进行了取样。裂纹形貌如图1、2所示。

图1 钢板延迟裂纹形貌

图2 断口面形貌

从宏观断口形貌可以看出，断口起源于钢板厚度方向1/2处，然后向外扩展，在该位置有明显开裂的痕迹，而且还存在分层，而耐磨钢经过淬火和回火后，内部仍有较大的应力，裂纹就会从薄弱处起裂。

2.3 微观组织分析

观察了试样全厚度方向的金相组织及检测了夹杂物情况，同时对偏析处以及正常基体部分进行了显微维氏硬度检测，结果如图3～5、表2所示。

图3 试样不同板厚位置的金相组织

图4 夹杂物情况（裂纹处有氮化物夹杂）

图5 电镜结果

表2 维氏硬度检测结果

从金相组织可以看出，钢板厚度方向组织均是回火马氏体+回火贝氏体，组织正常。但钢板1/2处存在裂纹，且裂纹处有大量的氮化物夹杂，而且电镜结果发现钢板芯部有Cr和Mn元素的偏析。

由此可见，导致切割延迟裂纹的原因是钢板内部偏析较重，偏析处存在大量的氮化铌和氮化钛的析出物，以及Cr 和Mn 元素的偏析，由于此部位的硬度值较高（远高于正常组织部位），比较脆，切割时温度偏低（51 ℃）内部应力较大，使得硬度高的部位（1/2处）成为裂纹的起源，导致钢板出现裂纹。

2.4 延迟裂纹产生原因分析

从试样厚度方向腐蚀后形貌可知，裂纹起源与距钢板上表1/4处，该位置有明显的偏析带，因此偏析带缺陷可能是钢板开裂的原因。NM500 钢中含有Mn、Cr、Mo、Nb、Ti等合金元素，在凝固过程中，合金元素存在不均匀性，从而产生了偏析，但偏析在轧制过程中只是减轻，但并不能消除，因此在钢板厚度方向组织会存在差异，从而导致应力不均匀，成为裂纹的起源。

对于厚度越厚、等级越高（硬度越高）的耐磨钢板，在淬火后，厚度方向硬度是不均匀的。在切割时，如果钢板不进行预热，切割过程不做好保温措施，切割后不进行堆冷，钢板厚度方向受热会不均匀，导致沿厚度方向产生较大的热应力。当应力大于钢板的抗拉强度时，裂纹就从这些位置形成并扩展。

3 耐磨钢延迟裂纹的改进措施

3.1 冶炼连铸控制要点

1）耐磨钢LF精炼处理时，要求S含量≤0.005 0%，必须经过RH/VD 真空处理，要求极限真空保持时间≥10 min，真空度≤67 Pa，确保氢含量≤2.0×10-6，破真空后喂无缝钙线120 m，控制软吹时间≥12 min，软吹效果以钢水表面蠕动为最佳。2）严格控制连铸过热度10～20 ℃，采用电磁搅拌技术，降低铸坯偏析，控制C类中心偏析在1.0级以内。

3.2 钢板切割控制要点

钢板热处理后，立即采用等离子切割机对钢板进行热态切割，控制切割前温度≥120 ℃，切割后堆冷至室温。通过以上控制措施，解决了厚规格钢板切割延迟裂纹问题，切割后钢板形貌如图4所示。

图4 工艺优化后钢板切割端面

4 结 语

耐磨钢切割延迟裂纹的起源与钢板内部夹杂物和偏析有关。耐磨钢淬火后厚度方向组织、硬度不均匀，切割时不进行预热、保温，易使钢板厚度方向产生较大的应力，从而导致裂纹的产生。通过降低钢中氢含量、铸坯中心偏析，以及采用等离子切割机进行切割，同时控制切割温度（≥120 ℃），切割后迅速堆冷保温，能有效控制切割延迟裂纹的产生。