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1 引言
橋梁用鋼曾用16Mn橋、巧MnV等鋼種，武鋼在原有平爐冶煉16Mncl鋼的基礎(chǔ)上，研制開(kāi)發(fā)出通過(guò)轉(zhuǎn)爐連鑄生產(chǎn)的新型橋梁用14MnN曬鋼。14MnNbq的綜合性能較平爐鋼有很大提高。該鋼種已成功應(yīng)用于蕪湖長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江二橋等國(guó)內(nèi)重大橋梁工程中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在用于實(shí)際工程之前，我們選取不同板厚、不同工藝狀態(tài)的試樣進(jìn)行了金相方而的大量試驗(yàn)。這對(duì)深入系統(tǒng)地研究該鋼的控軋機(jī)理、熱處理工藝對(duì)鋼材組織結(jié)構(gòu)、物理性能、焊接性能和力學(xué)性能的影響有重要意義．而且還為進(jìn)一步完善生產(chǎn)工藝和提高鋼板的實(shí)物性能提供了一定的指導(dǎo)依據(jù)。
2 在金相顯微鏡下的試驗(yàn)材料
14M胡bq鋼的試驗(yàn)材料選用武鋼生產(chǎn)的16mm、24mm、32mm、40mm和50mm厚的轉(zhuǎn)爐連鑄鋼板。為確保14MnNbq鋼具有良好的強(qiáng)度、韌性及焊接性能，化學(xué)成分的設(shè)計(jì)基于以下幾個(gè)原則（試驗(yàn)鋼的化學(xué)成份見(jiàn)表1):
1）保證鋼板較終組織為穩(wěn)定的鐵素體＋珠光體組織；
2）添加Nb微合金化元素，利用控軋過(guò)程中強(qiáng)碳化物形成元素防所形成碳氮化物的彌散析出相（第二相），細(xì)化鋼的品粒，以提高鋼的強(qiáng)度及韌性，并改善鋼的焊接性能；
3）兼顧鋼的強(qiáng)度及焊接性能降低C含量而提高M(jìn)n含量；
4）提高鋼質(zhì)純凈度，改善硫化物形態(tài)及分布，提高鋼的抗韌斷、脆斷能力。
14MnNbq的生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→KR脫硫→LD吹煉→大包底吹A(chǔ)r(RH真空處理）→連鑄→鑄坯火焰清理→2800軋機(jī)軋制→正火熱處理→精整→檢驗(yàn)入庫(kù)。熱處理制度為：
1）正火溫度：890士10℃；
2）保溫時(shí)間：20分+板厚（mm）×1分／min
3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
3.1 金相顯微鏡的宏觀檢驗(yàn)
3.1.1鑄坯硫印分析
表2為武鋼批量生產(chǎn)的14MnNbq鋼鑄坯硫印質(zhì)量分級(jí)表，隨機(jī)抽取三爐鋼進(jìn)行連鑄坯橫斷面大試樣硫印分析，試樣尺寸為250（厚）×900mm（寬）。按YB4003-91《連鑄鋼坯缺陷硫印評(píng)級(jí)及非金屬夾雜顯微評(píng)定方法》規(guī)定硫印中心偏析C系列為中心偏析較輕微的系列，而C系列中又分為0.5～6級(jí)，隨級(jí)別增高偏析加重。由此可見(jiàn)14MnNbq鑄坯內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良，優(yōu)良的鑄坯質(zhì)量為該鋼具有優(yōu)良韌性提供了保證。
3.1.2金相顯微鏡的低倍檢驗(yàn)
生產(chǎn)高質(zhì)量轉(zhuǎn)爐連鑄14MnNbq鋼板的關(guān)鍵是如何通過(guò)合理的連鑄工藝，獲得良好的凝固鑄態(tài)組織。一般來(lái)說(shuō)，由于連鑄坯較之模注鋼錠而言，其結(jié)晶冷卻過(guò)程存在著較大的差異，因此連鑄鋼的特性決定了鑄坯柱狀晶較模注鋼要發(fā)達(dá)，而發(fā)達(dá)的柱狀晶組織如不加以控制，就會(huì)因?yàn)槠浣M織遺傳性，使隨后鋼板的成分偏析加重，并產(chǎn)生夾雜物局部聚集。
武鋼在14MnNbq鋼進(jìn)人轉(zhuǎn)爐連鑄生產(chǎn)前期，就該鋼的特點(diǎn)，對(duì)其連鑄二冷工藝、矯直點(diǎn)溫度控制等進(jìn)行了較為深人的研究。實(shí)踐表明，通過(guò)14MnNbq合理的連鑄工藝，柱狀晶組織得到控制。
選取不同板厚的試樣8#(24mm）、4#(40mm）、7#(50mm)，試樣經(jīng)磨制后，用冷酸浸蝕法進(jìn)行低倍組織檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明：三種不同板厚的試樣除在其厚度的1/2處出現(xiàn)正常偏析線外，鑄壞內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，質(zhì)量良好。
3.2 電解夾雜分析
隨機(jī)抽取32mm厚的14MnNbq鋼板，在鋼板厚度t/4位置取電解夾雜試樣，對(duì)鋼中穩(wěn)定氧化物總量及分量、硫化物總量進(jìn)行廠分析，其穩(wěn)定氧化物夾雜總量為27ppm，說(shuō)明該鋼具有高的純凈度。
3.3 鋼中非金屬夾雜物的檢驗(yàn)
為檢驗(yàn)鋼中夾雜物的分布情況，選取4#(40mm）和7#(5Omm）兩種不同厚度的試樣進(jìn)行鋼中非金屬夾雜物的檢驗(yàn)，并按GB10561-89標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表3;該結(jié)果表明：鋼中夾雜物的級(jí)別低，鋼的純凈度較高。
3.4 晶粒度級(jí)別的評(píng)定
按GB6394-86標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同規(guī)格的正火態(tài)試樣在表層和中心處的顯微組織進(jìn)行了晶粒度評(píng)級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表4。
從評(píng)級(jí)結(jié)果來(lái)看，正火試樣在不同部位的晶粒大小，雖然保留了其熱軋態(tài)的趨勢(shì)，但它們的分布還算均勻，而且有細(xì)化的效果。
3.5 定量金相分析
為了對(duì)不同狀態(tài)、不同部位試樣的鋼中非金屬夾雜物分布及其組織分布有更仔細(xì)地了解，在定性的基礎(chǔ)上，又對(duì)夾雜物和組織進(jìn)行了定量測(cè)量和分析，所用設(shè)備為德國(guó)KONTRON公司生產(chǎn)的IBAS-2000自動(dòng)圖像分析儀。
3.5.1夾雜物定量分析
試樣經(jīng)觀察后〔物鏡×50,K=0.2214〕，發(fā)現(xiàn)試樣中夾雜物的分布比較均勻，于是只對(duì)不同狀態(tài)試樣的夾雜物做了定量分析，而未對(duì)每一試樣的不同部位進(jìn)行區(qū)分。測(cè)量時(shí)選取的幾何參數(shù)有：所測(cè)夾雜物占測(cè)量視場(chǎng)的面積百分比（A%）、夾雜物顆粒的面積（AREA）、夾雜物顆粒的較大徑（DMAX）以及單位面積上夾雜物的個(gè)數(shù)。所得結(jié)果的平均值見(jiàn)下表5。
從表5可以看出，鋼材經(jīng)正火后，其夾雜物的尺寸、數(shù)量和形態(tài)都得到了一定程度的改善，這對(duì)于較終成品的力學(xué)性能以及其綜合性能的改善是有貢獻(xiàn)的。
3.5.2顯微鏡下的顯微組織定量分析
用同一物鏡對(duì)試樣的顯微組織進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)試樣在處于不同的狀態(tài)、不同的部位時(shí)，其幾何尺寸和形狀有所差異。對(duì)顯微組織中的珠光體和鐵素體進(jìn)行分開(kāi)測(cè)量，選擇的幾何測(cè)量參數(shù)有：所測(cè)珠光體占所測(cè)視場(chǎng)而積的百分比（A%）、珠光體/鐵素體的面積（AREA）、珠光體/素體的較大（DMAX）以及它們的形狀因子（ASPECT）。所得結(jié)果的平均值見(jiàn)表6。
從熱軋態(tài)試樣來(lái)看，材料在1/2處的珠光體和鐵索體品粒都有相對(duì)其它位置處的較大幾何尺寸，而且這種趨勢(shì)明顯。這是山于在故態(tài)相變過(guò)程中，熱軋板在中心處的冷卻速度相對(duì)較慢，晶粒容易長(zhǎng)人。
從正火態(tài)試樣來(lái)看，晶粒的幾何尺寸在各部位的排列趨勢(shì)基本上是延襲其熱軋態(tài)。但從所得數(shù)據(jù)可以看出，珠光體、鐵素體晶粒在各部位的分布趨于一致，分布更加均勻，而且晶粒也得到明顯的細(xì)化，珠光體晶粒在12～11的級(jí)別之內(nèi)。鐵素體晶粒在11.5～10的級(jí)別之內(nèi)。從ASPECT數(shù)據(jù)來(lái)看，正火態(tài)比熱軋態(tài)也更加規(guī)范。這些晶粒方面的改善對(duì)材料的塑性和韌性無(wú)疑是有幫助的。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)14MnNbq鋼板在金相方而的大量試驗(yàn)，我們所得到的結(jié)論是：
1)14MnNbq連鑄坯的硫印和冷酸試驗(yàn)都表明其冶金質(zhì)精良好；
2）鋼板的較終組織滿足其成份設(shè)定的原則；
3）鋼中非金屬夾雜物在形態(tài)、數(shù)舉和分布上都能控制在理想的范圍之內(nèi)；
4）正火工藝明顯地使鋼的組織得到廠均勻和細(xì)化，這有益于材料綜合性能的改善。
原文地址:http://www.www.zgscc.cn/news/201122313407.htm
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