Q355C 热轧板纵剪分条横裂原因分析

蔡效伟  ,蒋鹏

摘要： Q355C低合金高强度钢广泛应用，通过对其纵剪开裂进行生产过程追溯，成分分析、性能分析、金相分析和ON气体分析，解决开裂的原因，进一步提高产品质量。

关键词：Q355C低合金高强度钢; 纵剪开裂; 非金属夹杂; 脱碳; 条状组织

1.前言

低合金高强度结构钢自2019年2月1日起正式实施GB/T 1591 —2018《低合金高强度结构钢》用 Q355 系列牌号替代Q345 系列牌号，Q355钢具有良好的综合力学性能、冲击韧性好、稳定性好等优点。常用做船舶、车辆、起重机、压力容器、电站、桥梁等各种工业领域。这使得越来越多的纵剪钢带走向市场，在纵剪生产过程中，纵剪钢带时常出现不同的质量缺陷，降低了产品的成材率，影响了企业的经济效益。

济南市某有限公司使用我公司热轧部生产的材质Q355C规格11.5mm×750mm的热轧钢带，纵剪分条出现开裂缺陷。取回开裂样品和未开裂样品进行分析。

2.实验方法

对送检样品进行生产过程追溯；图像采集宏观分析；在样品上截取成分试样、性能试样、金相试样和0N 试样，进行成分分析、性能分析、金相分析和ON 气体分析。

3. 实验结果

3.1生产过程追溯

表1 钢带生产工艺过程控制

工艺标准		在炉时间/min	三加温度/℃	均热段温度/℃	粗轧开轧温度/℃	精轧入口温度/℃	终轧温度/℃	卷取温度/℃
		80～140	1290±30	1290±20	1130±30	≥950	870±20	630±20
钢卷号	01042281	90	1285	1298	1157	1048	869	627
	01042282	90	1289	1288	1155	1054	875	629
	01042283	95	1286	1285	1154	1048	871	634

追溯轧制过程控制，如表1所生产钢卷加热温度，在炉时间，粗轧开轧温度，精轧入口温度，精轧终轧温度，卷取温度均符合工艺要求。

3.2 宏观检测

送检样品1的边部出现开裂缺陷，图1为样品宏观形貌。

图 1 样品宏观形貌

3.3成分分析

化验成分，如表2五大元素C、Si、Mn、P、S含量均符合国标范围。

表2 成分检验

钢种	C /%	Si /%	Mn /%	P /%	S /%	Cr/%	Ni/%	V/%	Ti/%
Q355C	≤0.20	≤0.55	≤1.60	≤0.030	≤0.030	/	/	/	/
Q355C	0.12	0.15	0.69	0.02	0.006	0.06	0.02	0.002	0.05
Q355C	0.11	0.17	0.67	0.02	0.006	0.06	0.02	0.002	0.06

Q335C低合金钢加入微量的Cr、Ni、V、Ti微合金化元素后，与碳氮结合形成碳氮化物，起到细化晶粒的作用，析出强化后可以提高钢的强度，但使得韧性变差。后续控轧控冷，使钢材的强度和韧性得到进一步的改善［1］。Mn元素具有脱氧脱硫的作用，可以提高钢的强度和硬度，提高加工性，达到一定含量可以降低淬火温度，提高钢的硬化深度，从而提高钢的淬透性［2］。Cr元素可以在钢中形成稳定的碳化物，耐腐蚀，能显著提高强度硬度的同时降低塑性和韧性，并能够大大提高钢的淬透性，使工件淬火和回火后的组织变得均匀化。Ni在控制轧制时，Ni产生显著的晶粒细化和中等的沉淀强化。Ni的最突出的作用是抑制高温变形过程的再结晶，扩大了奥氏体未再结晶区的范围，非常有利于实施控制轧制工艺，因此细化铁素体的效果明显。Ti可以同时具有加热时阻止奥氏体晶粒长大、控制奥氏体再结晶和析出强化的作用［3］。V 元素可以细化晶粒，提高强度和韧性，因能无限固溶到铁中，阻止晶粒的生长，通过提高淬火温度，可以改善硬化能力［4］。

3.4 性能分析

表 3 性能分析结果

样品名称	屈服强度MPa	抗拉强度MPa	伸长率 %	冲击功 J(0℃）
GB/T 1591-2018	≥355	470-630	≥22	纵向	横向
				≥34	≥27
样品1	479	585	25.0	11	8
样品2	522	577	22	12	17.5
样品3	458	560	24.5	12.5	11
样品4	510	560	24.5	15	35

送检样品屈服强度、抗拉强度和伸长率均符合 GB/T 1591-2018 的要求；冲击功结果低，均不符合 GB/T 1591-2018 的要求。检测结果见表3。

冲击功低的原因存在非金属夹杂物破坏了带钢内部金属的连续性，降低了金属的强度和塑性，使金属容易在轧制、冲压、剪切各种生产加工过程中容易产生裂纹。带钢中的非金属夹杂物会造成应力集中现象，使得材料耐冲击能力变差，在受到外力的相互作用后，容易出现断裂。

钢板轧制过程中精轧终轧温度过高，且轧后空冷时间较长，从而导致钢板产生严重的带状组织，晶粒粗大是造成Q355C厚钢板冲击功不合格的原因之一。可以根据检测情况适当降低精轧的终轧温度，轧制加大层流冷却水量等措施，有效地减少带钢的带状组织，细化晶粒，可以大幅提高钢板的冲击韧性［5］。

3.5 金相分析

进一步分析金相组织，金相检测图片见图 2。

图 2 样品金相组织形态

金相分析样品1开裂位置的表面，在开裂延伸附近存在少量非金属夹杂物，在开裂起始附近发现存在氧化延伸，腐蚀后发现延伸末端位置存在脱碳现象，开裂起始附近氧化延伸的组织存在变形；样品正常位置存在条状的异常组织。金相分析样品2，腐蚀后发现存在条状的异常组织。

3.6 ON 气体分析

经 ON 气体检测，送检样品的 N 含量偏高，检测结果见表4。

样品号	O含量/ppm	N含量/ppm
样品1	20.9	69.3
样品2	19.6	74.6
样品3	29.1	66.7
样品4	25.2	66.8

表4 ON 气体检测结果

N 含量偏高，当钢中溶有过饱和的氮析出非金属夹杂，使钢的硬度强度提高，塑性下降，发生时效。

4.结论

4.1通过对送检样品的冲击试验检测，发现送检样品的冲击功低，存在脆性断裂，说明钢带的塑性差；

4.2 送检样品1和送检样品2均存在条状的异常组织，异常组织的存在降低了钢带的塑性；

4.3 ON 气体分析中N含量偏高，形成非金属夹杂，使钢带的塑性降低，需进一步加强钢中的气体控制。

参考文献：

［1］ 王九清，王文亮，吴建鹏.提高低合金高强度钢强韧性的措施［J］.宽厚板，2001（5）：10-12．

［2］李月，韩蕾蕾，欧阳峥容.Q355D低合金高强度钢的试制开发[J].山东冶金,2020,(1):13-14,20.

［3］余伟，蔡庆伍，宋勇，孙蓟泉.热轧钢材的组织性能控制——原理、工艺与装备［M］.北京： 冶金工业出版社，2016：106-110.

［4］ 李桂仙.高速铁路车轴材质的优化选择［J］.铁路采购与物流，2008（2）：34-35．

[5]余泽利.金属材料冲击韧性影响因素的分析[J].四川有色金属,2020,(2):3-4,8.