力学性能Q420B卷板及Q420B开平板分条

Q420B卷板低合金高强度板具有较高的强度、良好的抗疲劳性能、高韧性和低的脆性转变温度、良好的冷成型性能，通常用于电力铁塔、各类起重吊车、重型汽车、石油井架、高温风机、大型电铲、自卸车及钻机、煤矿液压支架等钢结构。

某批次厚度 12 mm 的 Q420B 钢板生产流程为：低硫铁水→转炉冶炼→LF 精炼→RH 精炼→连铸→板坯冷装→加热炉加热→控制轧制→超快冷→缓冷→矫直→精整→检验入库.在对照 GB/ T1591 标准进行力学性能测试时发现，该批次钢板抗拉强度高于标准上限，断后伸长率低于标准下限. 对该批次 Q420B 钢板取样， 利用 X 荧光光谱仪、金相显微镜、扫描电镜等检验手段对力学性能不合格原因进行分析.

1、理化检验

取该批次力学性能不合格钢板重新进行拉伸试验，并采用 X荧光光谱仪、金相显微镜、扫描电镜等仪器分别对样品进行化学成分、显微组织、晶粒度、非金属夹杂物等检测.

1.1、力学性能测试

分别在不合格钢板上取样进行拉伸试验，依次编号1#、2#、3#，检测结果见表 1.从表 1 可知，两条试样的抗拉强度均高于 GB/T1591 标准上限，断后伸长率均低于 GB/T1591 标准下限，即材料表现为强度高、塑性差.

1.2、化学成分分析

利用岛津 MXF-2400 型号 X 荧光光谱仪在拉伸试样上取样进行化学成分分析，检测结果见表 2.从检测结果可知，钢板各元素均满足 GB/T1591标准中化学成分要求，钢板化学成分合格.

1.3、非金属夹杂物检测

在拉伸试样上分别取纵向样进行非金属夹杂物检测，采用GB/T10561 中 A 法进行评级，检测结果见表 3.从检测结果可知，只发现少量的 B、D 类夹杂物，均未超过 1.0 级.B 类夹杂物严重视场见图 1，D 类夹杂物严重视场见图 2.钢板非金属夹杂物控制非常好，非金属夹杂物不是导致钢板力学性能不合格的主要原因.

1.4、金相组织检测

在拉伸试样上分别取横向金相样，经研磨、抛光后采用 4 % 硝酸溶液浸蚀后， 采用蔡司Axiovert MAT40 金相显微镜进行显微组织观察.试样组织在整个横截面均为贝氏体， 心部组织以粒状贝氏体和板条贝氏体为主， 靠近边缘部位除粒状贝氏体和板条贝氏体外， 还分布较多羽毛状贝氏体，见图 3 和图 4.

1.5、扫描电镜检测

采用 ZEISS EVO18 扫描电子显微镜观察金相下发现的羽毛状上贝氏体的高倍形貌，电镜照片见图 5和图 6. 电镜下可明显观察到上贝氏体的羽毛状形貌，一束条状铁素体沿奥氏体晶界长大并深入奥氏体晶内，条状铁素体大致平行，铁素体条间分布与铁素体轴相平行的细条状渗碳体.

2、分析讨论

2.1、试验结果分析

从检测结果可知，材料力学性能不合格表现为强度高、塑性差.材料化学成分符合标准要求，夹杂物均未超过 1.0 级，控制比较好，不是导致力学性能不合格的主要原因.

金相组织检测中发现，试样全厚度均为贝氏体组织，并且在试样靠近边缘部位有较多的羽毛状上贝氏体组织.贝氏体是中温相变产物，贝氏体的机械性能主要决定于其组织形态和亚结构. 由于贝氏体由贝氏体铁素体、碳化物、残留奥氏体等多相组成，各相形态不同，其组织形态形形色色，机械性能也很复杂.通常贝氏体具有较好的强度、硬度和耐磨性，但在一定程度上会降低材料的塑性.尤其是上贝氏体组织，渗碳体以粗大的片状分布在晶界处，强度高、塑性差，上贝氏体组织是生产中应极力避免的组织.材料轧后快冷过程中，随着终冷温度的降低，组织依次相变为：铁素体+珠光体→板条贝氏体及粒状贝氏体→上贝氏体→下贝氏体.生产上通常会采用快速冷却工艺使钢板快速冷却至低于珠光体相变的贝氏体相变区， 使钢板表面获得一层均匀的板条贝氏体及粒状贝氏体组织，以提高材料强度，降低合金使用量，而心部仍然保持铁素体+珠光体平衡组织，以保证塑性和韧性.

从金相检测结果可知，材料全厚度均为贝氏体组织，脆硬相贝氏体组织必然导致材料强度升高、塑性下降，尤其是部分粗大羽毛状上贝氏体组织， 对材料强度升高和塑性下降影响更显著，由此可以判断钢板全厚度的贝氏体金相组织是导致材料力学性能不合格的主要原因.

2.2、轧后冷却工艺分析

贝氏体相变属于中温相变，是材料从奥氏体区快速冷却到较低温度区间（350~600℃）等温相变的产物.

该批次钢板采用 UFC 超快冷工艺， 计划超快冷却至 600 ℃后缓冷进行铁素体相变，以达到细化晶粒的目的，但实际控制过程中采用超快冷误将其冷却至450 ℃，比目标温度低了 150 ℃.超快冷时间短，尚未来得及发生相变，超快冷后对材料进行缓冷，此时温度已达到贝氏体相变温度区间，为材料全厚度贝氏体相变创造了条件.其中钢板表面冷却速度快，温度低，表面温度达到了羽毛状贝氏体相变温度， 从而部分组织发生羽毛状贝氏体相变.

高强卷板      Q420B    9.751500       145.6 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    9.5  1500       29.06 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    7.751500       39.78 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    7.5  1500       17.81 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    5.751500       37.98 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    5.751250       17.51 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    5.5  1500       27.01 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    5    1500       16.2 吨   安阳      安钢

高强卷板      Q420B    4.751500       58.15 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    4.751250       32.66 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    4.5  1500       24.45 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    4    1500       28.92 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    4    1250       36.64 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    3.751500       23.24 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    3.751250       21.56 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    3.5  1500       45.56 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    3    1500       57.82 吨 安阳      安钢

高强卷板      Q420B    3    1250       21.36 吨 安阳      安钢