SM490鋼屬于熱軋碳素低合金結構鋼,具有良好的力學性能、焊接性能、內在質量和深加工性能等,是近年來廣泛使用的結構鋼之一,在工程建筑、機械制造等領域應用廣泛。某鋼廠生產的SM490鋼板厚度為16 mm,寬度為1 500 mm,與用戶簽訂協議時,結合標準,要求其屈服強度大于330 MPa,抗拉強度為500~620 MPa,斷后伸長率大于17%。在對鋼板進行力學性能測試過程中,發現其斷后伸長率全部不合格,試樣1,5的抗拉強度不合格（見表1）。筆者對力學性能不合格的試樣進行一系列理化檢驗,并提出了改進措施,以避免該類問題再次發生。 

1.   理化檢驗

1.1   宏觀觀察

對拉伸斷裂后的試樣進行宏觀觀察,結果如圖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。拉伸試驗時加工缺陷處產生應力集中[1]。 

圖  2  拉伸試樣平行段的宏觀形貌

1.2   金相檢驗

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則、寬度及長度不相等的針狀,可見明顯的魏氏組織和網狀鐵素體。魏氏組織和網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   工藝調查

為了進一步查找原因,對該批次產品的工藝進行調查,其中軋制溫度控制情況如表2所示。 

2.   綜合分析

由力學性能測試結果可知,試樣的屈服強度和抗拉強度均較大,斷后伸長率均較小,說明軋鋼過程中溫度控制不合理,使材料產生魏氏組織和網狀鐵素體等異常組織,導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,試樣在進行拉伸試驗時,缺陷部位產生應力集中,最終導致試樣的力學性能不合格。 

3.   改進措施

調整終軋溫度和卷取溫度可以改善材料的組織,從而提升其力學性能。將精軋終軋溫度調整為855~910 ℃,生產實際控制溫度為880 ℃。將卷取溫度調整為575~615 ℃,生產實際控制溫度為605 ℃。調整后,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的軋制溫度范圍變小,同時避免了形變誘發先共析鐵素體過量產生,從而改善產品的內部組織。精軋到卷取的溫度范圍變小,能夠促進形變誘發再結晶,促進晶粒長大,避免產生過量魏氏組織,使產品的內部組織得到改善。 

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、強化機床點檢與維護、加強加工過程控制等方法進行改進[3]。設備點檢時,注意檢查刀具的磨損情況,應立即更換磨損的刀具。銑削前,必須確保試樣夾持緊固,并根據不同鋼種,選擇合理的試驗速率和進給量。為了確保平行段質量,要調整分配合適的進刀量。采用遞減法的刀具進給量方式,首次粗加工進刀量控制為不大于3.0 mm,中間進給量可以根據鋼種及夾持鋼板總量厚度等適當調整,保證表面質量的最終精加工銑削量不大于0.5 mm,以保證精度,并減少加工內應力。該方法還提高了加工穩定性,有利于尺寸精度控制。在加工過程中,還應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,否則在拉伸試驗過程中會產生偏心力,降低材料的強度及斷后伸長率。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。 

采用改進后的工藝生產SM490鋼,對改進后的SM490鋼進行力學性能測試,結果如表3所示。由表3可知：改進后SM490鋼的力學性能均合格,與改進前的SM490鋼相比,改進后SM490鋼的強度變小,且力學性能較穩定。 

改進后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  改進后SM490鋼的顯微組織形貌

改進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域。 

圖  5  改進后拉伸試樣的宏觀形貌

4.   結論和建議

SM490鋼力學性能不合格的原因為：軋鋼工序的溫度控制不合理,使材料產生魏氏組織和網狀鐵素體,導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,在進行拉伸試驗時,缺陷部位產生應力集中,導致試樣的力學性能不合格。建議對精軋和卷取溫度控制進行改進,并對試樣加工質量進行改善,改進后SM490鋼產品的力學性能得到提升。

文章來源——材料與測試網