造船用钢板拉伸断口缺陷的研究

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1、造船用钢板拉伸断口缺陷的研究刘年富廖卫团温志红杨太阳(技术研究中心)摘要：对公司生产的船板拉伸断口出现分层、严重的中心偏析缺陷等现象，通过分析这些拉伸断口的特征从而对它们进行分类，分别阐述了形成异常拉伸断口的原因和采取的预防措施，及拉伸断口缺陷对船板的力学性能和使用寿命产生的影响。关键词：船板；拉伸断口；缺陷最近几年国内的造船业快速发展，对船用钢板质量也提出了更高的要求。受金融危机影响，2008年和2009年国内的造船业整体形势较为低迷，造船厂对船用钢板的质量提出了更为苛刻的要求，相应的各国船级社对

2、船板的拉伸试样断口也进行了更严格的规定，要求拉伸试样断口不能出现诸如严重的偏析、分层等缺陷。2007年以来，验船师开始对拉伸试样断口出现肉眼可见的偏析、分层等现象进行了新的规定，要求将具有这些断口缺陷的船板进行复检及改钢种降级处理。一些异常拉伸断口对应的试样的伸长率也出现了不合格现象，这些都制约着船板的性能合格率、命中率以及交货期，特别是对中板厂的影响尤为显著，因断口改判问题导致船板出现了多次的补轧现象。目前，国内很少文献［1］［2］对船板的宏观拉伸断口进行专门的研究，通过对日常生产中常见的船板异常

3、拉伸断口进行分析总结以阐述它们对船板质量和使用情况的影响。1船板异常拉伸断口分类根据目前船板常见的异常拉伸断口的宏观形貌进行分类，主要分为偏析断口和分层断口及两者共存的情况。分层断口，亦即裂缝断口，从拉伸断口形貌来看，可见分布无规律的长度不等的裂缝或是在中心处裂缝贯穿断口，后者最常见，表现为从中心处将断口分开成两层，裂缝的缝壁光滑，其颜色与基体不同。如图1所示。偏析断口，从拉伸断口形貌来看，可见断口上有肉眼可见的灰白的或浅白色的断续的点状，或连续分布的细条带或块状缺陷，一般出现在断口中心呈连续或断续

4、分布，所以也称为中心偏析断口，如图2所示。由于此类断口多是因为非金属夹杂或夹渣的聚集引起的偏析，而导致了拉伸断口的异常，因此亦称为非金属夹杂及夹渣断口。分层断口与偏析断口经常交叉出现，如图3所示，中心偏析严重的断口，在偏析的中心线上可见到一条裂缝，而且经常可以从试样的侧边看到试样处在开裂状态，这种连接着整个试样断口的开裂，也即是分层现象。2异常拉伸断口产生的形成过程及其原因2.1异常拉伸断口的形成过程在连铸钢水结晶凝固过程中，溶质元素在固液相中进行再分配时，表现为铸坯中元素分布不均匀，铸坯中心部位的

5、C、S、P等元素含量明显高于其它部位，从而导致中心部位存在成分偏析或夹杂物偏析。连铸坯在加热炉加热时，由于合金元素和其它杂质元素的扩散系数低，均匀化比较困难，并不能减轻或消除中心偏析。在静载荷拉伸试验过程中，异常拉伸断口的形成过程可以归结为显著裂纹和空洞的形成，空洞的扩大、联合形成宏观裂纹，最后宏观裂纹向外扩展达到破坏。这种因孔洞或微裂纹的作用而导致在断口的中心位置出现宏观裂纹而表现为分层开裂断口。存在夹杂物或夹渣偏析的区域，夹杂物及夹渣或者直接提供了微裂纹或空洞(夹杂物与基体互不联结)的形成，或者

6、由于应力集中以及因线膨胀系数不同产生内应力，促进了微裂纹的形成，宏观裂纹扩张的过程就是宏观裂纹连接各个显微裂纹和空洞的过程。这种因中心偏析而导致宏观裂纹出现的断口即为中心偏析断口。2.2异常拉伸断口产生的原因一般对含硫偏高的钢及含夹杂量高的钢,中心偏析带内往往出现大量的硫化物或硅酸盐聚集,这些高熔点非金属夹杂物的变形程度与基体不一样,在轧制过程中造成钢的内部裂纹，非金属夹杂物随金属基体一起流动变形，最后变成条状或片状夹杂物，从而使钢板形成严重分层，它经常使断口检查不合格。含硫量低及含硅酸盐少的钢这种

7、现象一般比较少。大量的研究表明，层状断口形成的主要原因是钢中夹杂物含量高、偏析严重及异常组织的产生；钢坯柱状晶过分发达，加之轧制压下比不足，晶粒不易破碎，微孔洞和疏松不能充分轧合而形成的。研究也表明在层状断口区存在超长的带状组织，其形貌为片层状，带状组织上总能发现数量不少的夹杂物，而且在夹杂物旁边往往伴随着微裂纹的产生，在拉伸受力之后，就形成了层状断口形貌。偏析断口形成的主要原因是连铸坯中心偏析不能通过后续的加热、轧制等工序消除，而在拉伸试验过程中，在拉伸试样断口表现出来的非金属夹杂物或夹渣中心偏析

8、现象。严重的中心偏析问题是由大量的非金属夹杂物或夹渣聚集，同时导致在轧制过程夹杂物沿轧制方向成带状分布，带状级别较高，同时易于在夹杂物偏析带状组织上产生各种缺陷。3异常拉伸断口的影响前期的试验研究分析表明［4］试样伸长率不合格的拉伸试样断口，普遍存在较严重的中心偏析或分层现象。通过对伸长率不合格的异常拉伸断口的金相分析，可看到大量的夹杂物，夹杂物评级较高，对应的带状组织评级也较高，大量的研究工作已经表明非金属夹杂物对钢板的性能，特别是塑韧性造成不良的影响。另外在带状组