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嘉峪檢測網 2025-03-17 14:39
中厚板產品可以應用在橋梁、管線、容器、風電、造船和機械等各個領域，其性能均勻性是衡量產品好壞的重要指標之一。很多學者對鋼板性能均勻性的影響因素進行了研究，包括連鑄坯偏析、軋制節奏、水冷制度等，但是對力學性能測試的試樣類型及其試驗數據的對比研究則較少。
在機械加工和試驗能力允許時，應使用全截面鋼板試樣，鋼板厚度不小于30mm時也可以選擇單面減薄至不小于30mm的矩形拉伸試樣，鋼板厚度不小于25mm時，也可以選擇厚度1/4位置處的圓形拉伸試樣。因此，檢測厚度不小于30mm鋼板的拉伸性能時，根據GB/T 2975—2018《鋼及鋼產品 力學性能試驗取樣位置及試樣制備》，拉伸試樣類型可以有多種選擇，僅擁有不大于600kN拉伸試驗機的實驗室可采用圓形拉伸試樣，也可以采用減薄試樣，而擁有大于600kN拉伸試驗機的實驗室可使用全厚度矩形拉伸試樣。研究人員通過矩形拉伸試樣和圓形拉伸試樣的對比試驗，研究了拉伸試樣類型的選擇對中厚板拉伸性能的影響，并采用金相檢驗方法研究了影響的根本原因。
1.試樣制備與試驗方法
1.1 試樣制備
選擇生產工藝穩定的厚度為90mm的Q460C熱軋鋼板，其化學成分符合GB/T 1591—2018《低合金高強度結構鋼》的要求，按照GB/T 2975—2018標準要求，在鋼板寬度1/4處切取規格為400mm×1400mm（長度×寬度，下同）的材料，采用軋向鋸切法去除加工余量30mm 后，加工出12個規格為40mm×300mm的鋼板。按GB/T 228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》附錄D將奇數編號（1，3，5，7，9，11號）鋼板加工成寬度為30mm的矩形試樣，分別編號為1#，3#，5#，7#，9#，11#，按GB/T 228.1—2021附錄G將偶數編號（2，4，6，8，10，12號）鋼板加工成直徑為20mm的圓形試樣，分別編號為2#，4#，6#，8#，10#，12#。由同一人員集中完成試樣加工。
1.2 試驗方法
影響室溫抗拉強度測量結果的因素主要有載荷、橫截面積和拉伸速率等，故對比試驗由同一試驗員在同一時間、同一試驗機上依據GB/T 228.1—2021標準完成，測量試樣橫截面尺寸時，使用分辨率為0.01mm的同一測量工具；測試矩形試樣和圓形試樣的強度時，采用相同的拉伸速率。
2. 試驗結果與討論
2.1 力學性能
不同試樣的室溫拉伸試驗結果如表1所示，矩形試樣的上屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率的相對標準偏差分別為1.047%，0.280%，9.518%，圓形試樣的上屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率的相對標準偏差分別為0.729%，0.664%，3.167%。由表1可知：從平均值上看，與矩形拉伸試樣相比，圓形拉伸試樣的上屈服強度測量值低于22.2MPa，相對低4.7%，圓形拉伸試樣的抗拉強度測量值低于23.2MPa，相對低3.9%，而斷后伸長率平均值變化不大；使用Minitab軟件對矩形試樣和圓形試樣檢測值進行雙樣本T分析，上屈服強度、抗拉強度均存在明顯差異；矩形試樣斷后伸長率的相對標準偏差明顯大于圓形試樣，其原因是厚板矩形試樣的斷口位置存在不同程度的復雜變形，增大了斷后標距的檢測波動。
2.2 顯微組織
鋼板厚度方向不同位置處的顯微組織形貌如圖1所示，其中圖1a）為表面位置，圖1b）為1/4厚度位置，圖1c）為1/2厚度位置，T為鋼板厚度。由圖1可知：鋼板厚度方向不同位置的顯微組織有顯著差異。從鐵素體晶粒尺寸看，圖1中的鐵素體晶粒尺寸有差異，對應照片的平均晶粒度從11級向10級逐漸轉變。
2.3 討論
在鋼板控軋控冷階段的層流水冷卻時，一開始鋼板表面溫度急劇下降，中心溫度下降得比較緩慢，隨著冷卻時間的延長，表面和內部溫差越來越大；停止水冷后（空冷階段），心部溫度緩慢下降，表面溫度逐漸回升；隨著時間的延長，表面和內部溫度逐漸趨于一致。鋼板厚度方向不同位置冷卻速率不同，導致顯微組織存在一些差異，進而影響了宏觀拉伸性能。數據統計顯示，圓形拉伸試樣抗拉強度測量值普遍低于矩形拉伸試樣。
3.結論
（1）鋼板冷卻時，厚度方向的顯微組織存在差異，影響了其拉伸性能。
（2）鋼材出廠檢驗和驗收時，應盡可能采取相同的拉伸試樣類型，以縮小檢測結果的差異。
（3）實驗室應配置更大測量范圍的拉伸試驗機，盡可能測量全厚度試樣。
作者：王東柱，高小勇
單位：首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司 制造部
來源：《理化檢驗-物理分冊》2024年第12期
來源：理化檢驗物理分冊
