SM490鋼屬于熱軋?zhí)妓氐秃辖鸾Y(jié)構(gòu)鋼,具有良好的力學(xué)性能、焊接性能、內(nèi)在質(zhì)量和深加工性能等,是近年來廣泛使用的結(jié)構(gòu)鋼之一,在工程建筑、機(jī)械制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。某鋼廠生產(chǎn)的SM490鋼板厚度為16 mm,寬度為1 500 mm,與用戶簽訂協(xié)議時,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn),要求其屈服強(qiáng)度大于330 MPa,抗拉強(qiáng)度為500~620 MPa,斷后伸長率大于17%。在對鋼板進(jìn)行力學(xué)性能測試過程中,發(fā)現(xiàn)其斷后伸長率全部不合格,試樣1,5的抗拉強(qiáng)度不合格（見表1）。筆者對力學(xué)性能不合格的試樣進(jìn)行一系列理化檢驗(yàn),并提出了改進(jìn)措施,以避免該類問題再次發(fā)生。 

1.   理化檢驗(yàn)

1.1   宏觀觀察

對拉伸斷裂后的試樣進(jìn)行宏觀觀察,結(jié)果如圖1所示。由圖1可知：試樣均斷裂于平行段端部靠近試樣雙肩的位置,斷裂位置異常。 

圖  1  拉伸斷裂后試樣的宏觀形貌

拉伸試樣平行段的宏觀形貌如圖2所示。由圖2可知：試樣中存在明顯的溝槽、臺階等加工缺陷。拉伸試驗(yàn)時加工缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中[1]。 

圖  2  拉伸試樣平行段的宏觀形貌

1.2   金相檢驗(yàn)

拉伸斷裂后試樣的顯微組織形貌如圖3所示。由圖3可知：試樣主要組織為鐵素體+珠光體,但鐵素體呈方向不規(guī)則、寬度及長度不相等的針狀,可見明顯的魏氏組織和網(wǎng)狀鐵素體。魏氏組織和網(wǎng)狀鐵素體會使金屬材料的塑性變差[2]。 

圖  3  拉伸斷裂后試樣的顯微組織形貌

1.3   工藝調(diào)查

為了進(jìn)一步查找原因,對該批次產(chǎn)品的工藝進(jìn)行調(diào)查,其中軋制溫度控制情況如表2所示。 

2.   綜合分析

由力學(xué)性能測試結(jié)果可知,試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均較大,斷后伸長率均較小,說明軋鋼過程中溫度控制不合理,使材料產(chǎn)生魏氏組織和網(wǎng)狀鐵素體等異常組織,導(dǎo)致金屬材料的塑性變差。拉伸試樣中存在明顯的溝槽、臺階等加工缺陷,試樣在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時,缺陷部位產(chǎn)生應(yīng)力集中,最終導(dǎo)致試樣的力學(xué)性能不合格。 

3.   改進(jìn)措施

調(diào)整終軋溫度和卷取溫度可以改善材料的組織,從而提升其力學(xué)性能。將精軋終軋溫度調(diào)整為855~910 ℃,生產(chǎn)實(shí)際控制溫度為880 ℃。將卷取溫度調(diào)整為575~615 ℃,生產(chǎn)實(shí)際控制溫度為605 ℃。調(diào)整后,可以減小粗軋到精軋的溫度梯度,使鋼坯在奧氏體和鐵素體兩相區(qū)的軋制溫度范圍變小,同時避免了形變誘發(fā)先共析鐵素體過量產(chǎn)生,從而改善產(chǎn)品的內(nèi)部組織。精軋到卷取的溫度范圍變小,能夠促進(jìn)形變誘發(fā)再結(jié)晶,促進(jìn)晶粒長大,避免產(chǎn)生過量魏氏組織,使產(chǎn)品的內(nèi)部組織得到改善。 

針對試樣平行段存在加工缺陷的問題,可以采用及時更換或修磨刀具、強(qiáng)化機(jī)床點(diǎn)檢與維護(hù)、加強(qiáng)加工過程控制等方法進(jìn)行改進(jìn)[3]。設(shè)備點(diǎn)檢時,注意檢查刀具的磨損情況,應(yīng)立即更換磨損的刀具。銑削前,必須確保試樣夾持緊固,并根據(jù)不同鋼種,選擇合理的試驗(yàn)速率和進(jìn)給量。為了確保平行段質(zhì)量,要調(diào)整分配合適的進(jìn)刀量。采用遞減法的刀具進(jìn)給量方式,首次粗加工進(jìn)刀量控制為不大于3.0 mm,中間進(jìn)給量可以根據(jù)鋼種及夾持鋼板總量厚度等適當(dāng)調(diào)整,保證表面質(zhì)量的最終精加工銑削量不大于0.5 mm,以保證精度,并減少加工內(nèi)應(yīng)力。該方法還提高了加工穩(wěn)定性,有利于尺寸精度控制。在加工過程中,還應(yīng)該保證試樣軸線與力的作用線重合,即必須保證試樣兩端肩部和平行長度部分中心線的重合度小于2.5 mm,否則在拉伸試驗(yàn)過程中會產(chǎn)生偏心力,降低材料的強(qiáng)度及斷后伸長率。在最后一道精銑加工過程中,必須注意一次性加工完成,避免中間停刀,以確保平行段沒有溝槽、臺階等加工缺陷。 

采用改進(jìn)后的工藝生產(chǎn)SM490鋼,對改進(jìn)后的SM490鋼進(jìn)行力學(xué)性能測試,結(jié)果如表3所示。由表3可知：改進(jìn)后SM490鋼的力學(xué)性能均合格,與改進(jìn)前的SM490鋼相比,改進(jìn)后SM490鋼的強(qiáng)度變小,且力學(xué)性能較穩(wěn)定。 

改進(jìn)后SM490鋼的顯微組織形貌如圖4所示,試樣組織為正常的熱軋鐵素體+均勻分布的珠光體。 

圖  4  改進(jìn)后SM490鋼的顯微組織形貌

改進(jìn)后拉伸試樣的宏觀形貌如圖5所示。由圖5可知：試樣平行段無溝槽、臺階等加工缺陷,且表面粗糙度較小,拉伸斷裂位置也都靠近平行段中部區(qū)域。 

圖  5  改進(jìn)后拉伸試樣的宏觀形貌

4.   結(jié)論和建議

SM490鋼力學(xué)性能不合格的原因?yàn)椋很堜摴ば虻臏囟瓤刂撇缓侠?使材料產(chǎn)生魏氏組織和網(wǎng)狀鐵素體,導(dǎo)致金屬材料的塑性變差；拉伸試樣中存在明顯的溝槽、臺階等加工缺陷,在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時,缺陷部位產(chǎn)生應(yīng)力集中,導(dǎo)致試樣的力學(xué)性能不合格。建議對精軋和卷取溫度控制進(jìn)行改進(jìn),并對試樣加工質(zhì)量進(jìn)行改善,改進(jìn)后SM490鋼產(chǎn)品的力學(xué)性能得到提升。

文章來源——材料與測試網(wǎng)