Q235B棒材的加工質量問題及控制措施

Q235B棒材的加工質量問題及控制措施鄧再興【期刊名稱】《《天津冶金》》【年(卷)，期】2019(000)0z1【總頁數】4頁(P21-24)【關鍵詞】棒材;加工;質量;夾雜物;P元素;脫方【作者】鄧再興【作者單位】天津鋼鐵集團有限公司天津300301【正文語種】中文0引言Q235B棒材廣泛應用于社會各個領域，市場需求量大。用戶在使用過程中往往需要進行進一步加工。加工過程主要包括車削螺紋、拉拔、鍛打和穿管等加工工序，這就要求Q235B棒材具有良好的加工性能，內部質量和表面質量能滿足不同的加工需求。天鋼棒材廠依靠其從意大利達涅利棒材產線裝備和達涅利第五代進口軋機進行棒材的生產，產品主要包括4類，分別為普通碳素結構鋼、優(yōu)質碳素結構鋼、合金結構鋼和圓管坯用鋼等［1］。Q235B棒材在天鋼棒材總產量中達到30%以上，是天鋼棒材的主要產品之一。Q235B作為最常見的普碳鋼之一，其生產工藝成熟，產品使用范圍廣泛，但因企業(yè)競爭激烈，成本控制等原因，導致其仍存在著在低成本下產品質量不穩(wěn)定等問題。本文以提高棒材Q235B質量水平為出發(fā)點，通過對近1年以來用戶在使用過程中發(fā)現(xiàn)的不同質量問題進行分析，依據對化學成分、微觀組織和夾雜物等的觀察分析結果，找出引起質量問題的主要原因，并對質量問題提出相應的改進意見和控制措施。1工藝流程煉鋼和軋鋼兩大生產工序共同決定了Q235B棒材的內部和表面質量水平，對于提高棒材的質量水平，應從兩大工序的各個環(huán)節(jié)入手，具體生產環(huán)節(jié)如下：Q235B棒材的煉鋼工藝流程為：高爐煉鐵-120t頂底復吹轉爐-鋼水直上六流方坯連鑄-150mm方坯。Q235B棒材的軋鋼工藝流程為：鋼坯加熱-高壓水除鱗-粗軋-中軋-精軋-測徑儀-冷床自然冷卻-定尺-檢驗-成品收集、入庫。2加工過程中的質量問題近1年內，用戶在使用Q235B棒材的加工過程中，出現(xiàn)了不同的加工問題，其中主要包括：(1)在車削螺紋過程中出現(xiàn)了車削裂紋；(2)將大規(guī)格圓棒通過異型冷拉拔變形加工成方鋼時出現(xiàn)裂紋；(3)經拉拔后再進行彎曲出現(xiàn)裂紋。對3種Q235B用戶加工過程出現(xiàn)的加工質量問題進行了分析。2.1車削裂紋圖1是對Q235B棒材車削螺紋后，螺紋處出現(xiàn)裂紋和〃掉肉”等缺陷的觀察情況，圖1(a)為宏觀形貌的觀察結果。螺紋處裂紋的金相組織觀察結果如圖1(b)所示，微觀組織為以鐵素體為主并有少量珠光體的正常組織，經加工后組織均勻變形，裂紋處組織存在輕微混晶現(xiàn)象。圖1(c)為對夾雜物檢測的結果，顯示存在B類超級別的夾雜物。對于Q235B鋼種，金相組織無異常時，發(fā)生“掉肉”現(xiàn)象的原因是夾雜物導致的，B類夾雜物是氧化物類型夾雜，屬于硬脆型夾雜物，在車削過程中，不能隨著棒材基體組織的變形而發(fā)生相應的塑性形變，導致夾雜物與基體之間形成裂紋，夾雜物集聚或存在大尺寸夾雜物地方最終發(fā)生脫落現(xiàn)象。圖1車削裂紋的情況2.2拉拔異型鋼材裂紋①70mm的Q235B棒材通過冷拉變形，將圓棒加工成50mmx50mm的方鋼，發(fā)現(xiàn)方鋼存在裂紋。如圖2所示，方鋼裂紋宏觀形貌主要表現(xiàn)為沿橫截面方向呈對角裂紋(大部分裂紋貫穿，部分裂至心部)，且縱向貫通。圖2方鋼的宏觀裂紋情況對出現(xiàn)裂紋的方鋼進行化學成分檢測并與質量無問題的圓棒進行對比，如表1所示從表中可知，存在裂紋的方鋼，其中的P元素含量達到0.046%~0.05%，出現(xiàn)超標現(xiàn)象。P元素是鋼中的有害元素，其含量過高會導致鋼的塑性韌性下降，脆性顯著增強，導致加工過程中產生裂紋。TOC\o"1-5"\h\z表1化學成分wt/%類別CSiMnPSAltCrNiCu1#圓棒0.160.170.330.0130.0110.0020.0150.0090.0182#圓棒0.150.230.340.0310.0130.0040.0140.0080.0113#圓棒0.180.190.300.0270.0140.0030.0170.0080.0132-1#方鋼0.180.220.440.0460.0140.0030.0220.0090.0112-2#方鋼0.170.220.460.0500.0160.0030.0220.0090.0102-3#方鋼0.180.230.470.0430.0150.0020.0200.0090.011圖3(a)所示為方鋼的金相組織檢測結果，微觀組織為以鐵素體為主并有少量珠光體的正常組織，裂紋呈撕裂狀。部分裂紋為鋼中原有的內部原始裂紋，主要來源于方坯在連鑄過程中脫方導致的原始板坯缺陷。圖3(b)所示為方鋼夾雜物檢測檢測結果，對方鋼夾雜物檢測，存在B類超寬夾雜物，夾雜物尺寸超標時，容易導致變形過程中夾雜物與基體之間形成裂紋，成為裂紋源。圖3方鋼裂紋金相組織及夾雜物檢測2.3彎曲裂紋用戶將①18mm的Q235B棒材拉拔至①16.5mm后，進行彎曲和拍扁，在彎曲部位的內側產生裂紋，宏觀形貌如圖4（a）所示，彎曲處內側出現(xiàn)裂紋，裂口成撕裂狀。對試樣的夾雜物檢測結果如圖4（b）所示，夾雜B類超長，達到3.0級。B夾雜物嚴重時，在經過拉拔、拍扁、彎曲等一系列復雜加工過程后，夾雜物會在加工過程中與基體分離開裂，最終導致裂紋的形成。圖4彎曲裂紋宏觀形貌及夾雜物檢測3加工質量問題的主要原因及改進措施3.1加工質量問題的主要原因通過對天鋼生產的Q235B棒材產品導致用戶使用過程中的加工質量問題的分析，認為導致質量問題的原因包括：（1）夾雜物，尤其是B類夾雜物存在超級別等現(xiàn)象。B類氧化鋁類夾雜物呈黑色或帶有藍色的顆粒狀，往往帶有尖角，形態(tài)比一般都在3以內，經過軋制后在鋼中形成線條狀，當含量高時多條B類夾雜物沿著軋制方向相互平行分布［2］。氧化鋁夾雜主要來源于鋁脫氧產物和耐火材料，常聚集為團簇狀，是脆性夾雜物，在用戶的加工過程中，因為不能與具有良好塑性的Q235B進行協(xié)調一致的變形，從而在二者的結合面處形成裂紋源。（2）P元素控制水平波動幅度較大，存在P含量超標現(xiàn)象。P元素增加鋼的冷脆性，能提高鋼的強度，但同時會導致塑性降低，在鋼中往往被看作是一種有害元素，其含量不能過高。在Q235B鋼中，過高含量的P元素在微觀組織的晶界處發(fā)生偏聚，會導致鋼的脆性傾向增強，嚴重降低Q235B棒材的塑性性能，導致加工過程中的塑性成型性下降，易形成裂紋。（3）連鑄坯脫方是因為坯殼較薄處在鋼水靜壓力下產生變形。連鑄過程中脫方導致方坯內部出現(xiàn)裂紋在軋制過程中不能焊合，裂紋在后續(xù)Q235B拉拔成型過程中進一步擴展，形成貫通的裂紋。3.2改進措施對于氧化鋁類夾雜物，內生夾雜物的控制主要在于Q235B采用直上連鑄的工序，因此轉爐工序應嚴格規(guī)范和控制終點的拉碳操作，避免出現(xiàn)過氧化現(xiàn)象；同時保證吹氬和鎮(zhèn)靜的時間充足，以提高鋼水的純凈度。在連鑄環(huán)節(jié)，保證從鋼包到中間包的環(huán)節(jié)應嚴格密閉，防止空氣的混入而發(fā)生氧化形成夾雜物。而外來夾雜物的控制，主要通過控制水口或鎂鋁質耐火材料等易于吸附氧化鋁的材料發(fā)生脫落，形成大尺寸夾雜物。主要控制措施是適當降低澆注時長和鋼水溫度，合理控制生產節(jié)奏，采用更高質量耐火材料等。對于P元素含量波動較大的現(xiàn)象，應合理控制高爐渣堿性和提高爐渣氧化性。嚴格操作防止爐渣進入鋼包，出現(xiàn)鋼液回P現(xiàn)象。避免連鑄過程中的脫方，應保證合理和穩(wěn)定的拉速，防止拉速過大或拉速不均勻時結晶器內的鋼水流場不穩(wěn)而產生局部過薄坯殼。應控制出鋼節(jié)奏，及時更換結晶器銅管，防止其嚴重磨損而造成鑄坯脫方。4結語通過分析近1年來Q235B棒材車削裂紋、拉拔裂紋等加工質量問題，找出了目前影響Q235B內在質量的原因是煉鋼工序的B類氧化物類夾雜物級別超標，P元素的波