改善轧材内裂纹缺陷的研究1引言钢构件中存在裂纹缺陷.doc

改善轧材内裂纹缺陷的研究 1 引言 钢构件中存在裂纹缺陷，会影响其强韧性和使用寿命。轧材作为钢构件的基础材料，内部裂纹的数量和尺度是衡量轧材内在质量的重要依据。本文针对石钢45钢圆棒材的生产，研究了轧制过程中改善内裂纹的有效方法，可减少甚至消除轧材中的内裂纹，显著提高轧材的内在质量。 2 造成轧材内裂纹的因素 内裂纹的生成受许多内在因素和外部条件的影响。内在因素主要指夹杂物的数量、大小、分布、变形性等，夹杂物的数量越多、尺寸越大、分布越集中，轧材中出现裂纹的机率和数量就越大，在热塑性加工过程中，夹杂性裂纹主要是由塑性夹杂引起的[1][2]。这些因素均是坯料中固有的，它们是产生裂纹的根本原因。外部条件主要指变形温度、变形程度和变形区的力学条件。这是轧钢生产的基本条件，也是裂纹生成的外在条件，它可以使原料中的缺陷得到改善，控制不当也可以使缺陷恶化。 研究表明[3]，石钢轧材中的裂纹大多是夹杂性裂纹，多出现在有夹杂物聚集的连铸坯柱状晶之间等金属内的弱区。 3 轧制条件对内裂纹的影响 本文着重从变形程度和变形区力学条件两方面的变化研究改善内裂纹的方法。 3.1 变形程度 在轧钢生产中，变形程度包含从钢坯到成品钢材总的变形程度和在这一过程中各轧制道次的变形程度。二者对轧材内裂纹的影响是不同的。一般来说，总变形量越大，钢的压缩比越大，钢坯中的缺陷改良程度越好，所以，铸态钢必须达到一定的压缩比才能得到良好的组织结构和使用性能。单道次变形量的影响则比较复杂，单道次变形量过小，一是生产效率低下，二是变形不深入，金属得不到充分压缩，并且在未变形处常出现拉应力状态，不但使钢中孔隙性缺陷难于消除，而且还容易使金属开裂甚至断裂；单道次变形量过大，金属变形的不均匀性就大，在夹杂物处引起的应力集中也越大，金属内就容易出现夹杂性裂纹缺陷。 通过大量取样分析，得出了用150mm×150mm方坯轧制φ30~50mm圆钢时，钢材规格与出现内裂纹机率的规律，如图1所示。从图中可以看出轧制规格小于φ42mm时，出现内裂纹机率明显减小，说明总变形量达到这一程度后基本上就可以消除内裂问题。 图1 用150×150方还轧制不同规格出现内裂的机率 而在轧制φ30mm、φ32mm圆钢时，出现内裂的机率又有提高，这就是单道次变形量影响的结果。由于最末两道的变形将保留在成品钢材中，所以控制变形量是最重要的。就φ30mm圆钢与出现内裂机率最小的φ36mm圆钢生产做比较，φ36mm圆钢最末两道的延伸系数为1.732，φ30mm圆钢最末两道的延伸系数为2.173，是前者的1.255倍；φ36mm圆钢K2的bk/hk为2.071，φ30mm圆钢 K2的bk/hk为2.762，是前者的1.334倍。由此可看出，φ30mm圆钢最末两道的变形程度和不均匀变形明显比φ36mm圆钢大，这是它出现内裂机率提高的根本原因。还有，φ30mm圆钢成品道次的绝对压下量比φ36mm圆钢大6mm，而进入轧机的轧件宽度小7mm，所以前者成品道次变形区的长宽比（L/B）明显大于后者，这样，φ30mm圆钢变形区的横向应力条件相对容易使弱区出现开裂。由此可看出，最末两道的延伸系数不应达到2.17，应控制在1.73左右。 3.2 变形区力学条件 棒材轧制中，影响变形区力学条件的主要因素是孔型。孔型轧制存在变形的不均匀性和轧件沿横向与轧辊接触的非同时性，这是影响变形区金属应力条件和变形条件的主要因素。对于某一孔型而言，它不仅决定着本轧制道次的金属变形情况，还决定着下一轧制道次的料型结构。 在特定的变形量下，最末两道的轧制对成品棒材内部由于不均匀变形而引起的微裂纹和残余应力起主要作用。所以，在改善轧材内裂缺陷的研究中，应把对成品前孔的研究做为一个重点。成品前孔通常采用椭圆孔，椭圆形断面轧件在圆孔型中轧制时有两个影响金属内部力学条件的因素，一是轧件的宽高比B/H；二是轧件的侧面弧度大小，即变形时轧件两侧的外凸度。 3.2.1 宽高比B/H的影响 椭圆形断面轧件的宽高比（短轴与长轴比）越小，变形金属中心由于受双鼓形的影响其横向拉应力越大，越易在轧材中出现内裂纹，但从轧钢生产的角度来讲，轧件的宽高比越小，说明单道次变形量越大，生产效率就越高，并且导板越容易扶持轧件稳定进入变形区轧制；轧件的宽高比越大，轧材中出现内裂纹的可能性越小，但轧钢生产效率低，导板不易扶稳轧件。 研究表明，在φ400mm轧机上轧制φ30mm~φ50mm圆钢时，进入成品孔的椭圆形轧件的宽高比（短轴与长轴比）控制在0.4~0.5比较合适，而不应小于0.4。 3.2.2 侧面外凸度的影响 轧制时，轧件侧面的外凸度越大，变形金属中心的横向拉应力越大，越易在轧材中出现内裂纹。并且，轧件侧面的外凸度越大，椭圆轧件的宽高比（短轴与长轴比）越趋于1，越不利于导板扶持轧件，使轧制