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嘉峪檢測網 2025-02-13 15:27
在軋鋼生產過程中，鋼坯的加熱制度尤為重要，若加熱制度不當容易導致鋼坯出現過熱過燒現象，進而影響生產質量。因此，為了優化Q235B 鋼的加熱制度，對Q235B鋼進行不同溫度的熱處理試驗，從分析其力學性能、斷口以及金相組織與加熱溫度的關系入手，研究Q235B鋼過熱、過燒的起始溫度。
1、 試驗材料與方法
試驗用Q235B鋼化學成分實測值與國家標準對照見表1。由表1可見，試驗用Q235B鋼的化學成分符合GB/T 700—2006《碳素結構鋼》的要求。
截取Q235B鑄坯試樣，進行熱處理試驗。試驗溫度的設定：根據Q235B 鋼的一般加熱溫度1200～1320℃和本熱處理爐最高溫度限制1380℃，共進行11組不同溫度熱處理試驗，每組溫度取6個試樣( 其中3個制備拉伸試樣、3個制備金相試樣) ，具體熱處理試驗方案見表2。
將熱處理后的試樣( 每個加熱溫度下3個) 加工成拉伸試樣( 見圖1) 。加工后的試樣在萬能試驗機上進行力學性能檢測，分析強度、伸長率與加熱溫度的關系；拉伸試驗后，選取典型斷口，采用熱場發射掃描電子顯微鏡進行分析，確定斷口形態與加熱溫度的關系。
將熱處理后的試樣( 每個加熱溫度下3個) 加工成金相試樣，磨制、拋光后用4%硝酸酒精溶液腐蝕，觀察顯微組織與晶界狀態；評定奧氏體晶粒度，分析奧氏體晶粒度與加熱溫度的關系。
2、 試驗結果與分析
2.1拉伸試驗檢測結果
拉伸試驗力學性能見表3。強度、伸長率與加熱溫度的關系曲線，分別見圖2和圖3。
如圖2所示，屈服強度、抗拉強度整體變化趨勢是隨著加熱溫度的升高而增大，但在1320～1380℃區間強度升高顯著。如圖3所示，伸長率在1320℃時顯著降低，1180～1300℃時伸長率在24%～27%，1320～1380 ℃時伸長率在19%～21%。此外，由圖2和圖3可見，抗拉強度曲線數據變化平穩，屈服強度與伸長率數據有些波動，這是由于抗拉強度的測量不受人為因素影響，而屈服強度與伸長率的測量受人為因素影響較大，但整體看強度上升和伸長率下降的趨勢還是比較明顯的。
2.2金相檢測結果
金相試樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕后，測得各個溫度下的平均奧氏體晶粒尺寸見表4。平均奧氏體晶粒尺寸與加熱溫度關系曲線見圖4。
由圖4可見，平均奧氏體晶粒尺寸隨加熱溫度的升高而增大，在1320℃時平均奧氏體晶粒尺寸增大顯著，并在1380℃時也未見減小趨勢。不同溫度下，觀察試樣回火前與回火后的顯微組織見圖5、圖6。試樣回火前的組織為貝氏體、馬氏體和晶界鐵素體(圖5) ，且加熱到1380℃時觀察晶界狀態沒有發現燒熔現象。試樣經630℃、保溫3h回火后，組織均為回火索氏體(圖6) ，晶界狀態沒有發生變化。
2.3斷口分析
選取1180℃、1300℃、1380℃的斷口進行掃描電鏡分析，不同溫度的斷口形貌見圖7。由圖7可知1180℃、1300℃、1380℃的斷口性質為韌窩的延性斷口，1180℃斷口的極少量韌窩內有硫化物顆粒，1300℃斷口的局部區域韌窩內有硫化物顆粒，1380℃斷口的韌窩內普遍分布著硫化物顆粒，且韌窩較淺，說明塑性較差，但未發現晶界燒熔現象。對1380℃斷口韌窩內的硫化物顆粒進行能譜分析，由圖8可知韌窩內硫化物顆粒的主要元素是Fe、Mn、S。
3、 討論
在國際學術界過熱與過燒沒有嚴格的區分，也沒有明確的說法，但傾向于過熱是硫的行為，過燒是磷的行為。過熱鋼的顯微特征的本質變化在于原奧氏體晶界上化學成分的變化，一般鋼在加熱到過熱溫度以上，硫在晶界上發生偏析或產生大量細微MnS粒子的晶界沉淀，從而引起一系列的性能突變; 而鋼過燒時可使原奧氏體晶界局部或全部燒熔，過燒鋼中往往能觀察到晶界熔融空洞，晶界上不僅存在硫的嚴重偏析或硫化物沉淀，更主要的是存在磷的嚴重偏析或磷化鐵薄片沉淀，引起晶界敗壞。
性能檢測發現：從1180～1380℃抗拉強度、屈服強度整體呈上升趨勢，但在1320～1380℃強度升高顯著；伸長率在1320℃時顯著降低。金相分析發現：顯微組織無異常，回火前為貝氏體、馬氏體和晶界鐵素體，回火后為回火索氏體，且在加熱至1380℃時晶界上未發現熔融空洞；奧氏體晶粒在1180～1300℃隨著溫度升高長大緩慢，在1320～1380℃隨著溫度升高長大迅速；并在1380℃時也未見減小趨勢。掃描電鏡分析發現：1180℃和1300℃的斷口只有個別區域韌窩內有硫化物顆粒，而1380℃斷口韌窩內普遍有硫化物顆粒，但未發現晶界燒熔現象。
材料在1320～1380℃隨加熱溫度增加強度顯著升高、奧氏體晶粒尺寸迅速長大。從1320℃開始強度隨溫度增加顯著升高，這是由于基體內的硫化物在高溫下熔解，冷卻時沿奧氏體晶界析出導致晶界狀態發生改變，致使強度上升; 而奧氏體晶粒從1320℃開始隨溫度升高迅速長大，這是由于隨溫度升高硫化物等第二相小顆粒的晶界釘扎作用減弱，奧氏體晶粒急劇長大。由1180℃和1300℃時斷口只是局部區域的韌窩有硫化物顆粒，而1380℃斷口韌窩普遍有硫化物顆粒，可證明隨溫度升高硫化物熔解，形成基體過飽和硫的固溶體，在隨后的冷卻過程中，沿原高溫奧氏體晶界析出。
4、 結論
對顯微組織和力學性能結果進行綜合分析可知，Q235鋼的強度、伸長率和奧氏體晶粒尺寸均在1320℃時發生突變，且加熱至1380℃時也未發現晶界熔化現象，說明在1320～1380℃范圍試樣只發生過熱沒有過燒。1320℃為Q235B 鋼的過熱起始溫度。
來源：山東泰山鋼鐵集團有限公
