分享：热轧SM490钢板力学性能不合格原因

SM490钢属于热轧碳素低合金结构钢,具有良好的力学性能、焊接性能、内在质量和深加工性能等,是近年来广泛使用的结构钢之一,在工程建筑、机械制造等领域应用广泛。某钢厂生产的SM490钢板厚度为16 mm,宽度为1 500 mm,与用户签订协议时,结合标准,要求其屈服强度大于330 MPa,抗拉强度为500~620 MPa,断后伸长率大于17%。在对钢板进行力学性能测试过程中,发现其断后伸长率全部不合格,试样1,5的抗拉强度不合格（见表1）。笔者对力学性能不合格的试样进行一系列理化检验,并提出了改进措施,以避免该类问题再次发生。 

1.   理化检验

1.1   宏观观察

对拉伸断裂后的试样进行宏观观察,结果如图1所示。由图1可知：试样均断裂于平行段端部靠近试样双肩的位置,断裂位置异常。 

图  1  拉伸断裂后试样的宏观形貌

拉伸试样平行段的宏观形貌如图2所示。由图2可知：试样中存在明显的沟槽、台阶等加工缺陷。拉伸试验时加工缺陷处产生应力集中[1]。 

图  2  拉伸试样平行段的宏观形貌

1.2   金相检验

拉伸断裂后试样的显微组织形貌如图3所示。由图3可知：试样主要组织为铁素体+珠光体,但铁素体呈方向不规则、宽度及长度不相等的针状,可见明显的魏氏组织和网状铁素体。魏氏组织和网状铁素体会使金属材料的塑性变差[2]。 

图  3  拉伸断裂后试样的显微组织形貌

1.3   工艺调查

为了进一步查找原因,对该批次产品的工艺进行调查,其中轧制温度控制情况如表2所示。 

2.   综合分析

由力学性能测试结果可知,试样的屈服强度和抗拉强度均较大,断后伸长率均较小,说明轧钢过程中温度控制不合理,使材料产生魏氏组织和网状铁素体等异常组织,导致金属材料的塑性变差。拉伸试样中存在明显的沟槽、台阶等加工缺陷,试样在进行拉伸试验时,缺陷部位产生应力集中,最终导致试样的力学性能不合格。 

3.   改进措施

调整终轧温度和卷取温度可以改善材料的组织,从而提升其力学性能。将精轧终轧温度调整为855~910 ℃,生产实际控制温度为880 ℃。将卷取温度调整为575~615 ℃,生产实际控制温度为605 ℃。调整后,可以减小粗轧到精轧的温度梯度,使钢坯在奥氏体和铁素体两相区的轧制温度范围变小,同时避免了形变诱发先共析铁素体过量产生,从而改善产品的内部组织。精轧到卷取的温度范围变小,能够促进形变诱发再结晶,促进晶粒长大,避免产生过量魏氏组织,使产品的内部组织得到改善。 

针对试样平行段存在加工缺陷的问题,可以采用及时更换或修磨刀具、强化机床点检与维护、加强加工过程控制等方法进行改进[3]。设备点检时,注意检查刀具的磨损情况,应立即更换磨损的刀具。铣削前,必须确保试样夹持紧固,并根据不同钢种,选择合理的试验速率和进给量。为了确保平行段质量,要调整分配合适的进刀量。采用递减法的刀具进给量方式,首次粗加工进刀量控制为不大于3.0 mm,中间进给量可以根据钢种及夹持钢板总量厚度等适当调整,保证表面质量的最终精加工铣削量不大于0.5 mm,以保证精度,并减少加工内应力。该方法还提高了加工稳定性,有利于尺寸精度控制。在加工过程中,还应该保证试样轴线与力的作用线重合,即必须保证试样两端肩部和平行长度部分中心线的重合度小于2.5 mm,否则在拉伸试验过程中会产生偏心力,降低材料的强度及断后伸长率。在最后一道精铣加工过程中,必须注意一次性加工完成,避免中间停刀,以确保平行段没有沟槽、台阶等加工缺陷。 

采用改进后的工艺生产SM490钢,对改进后的SM490钢进行力学性能测试,结果如表3所示。由表3可知：改进后SM490钢的力学性能均合格,与改进前的SM490钢相比,改进后SM490钢的强度变小,且力学性能较稳定。 

改进后SM490钢的显微组织形貌如图4所示,试样组织为正常的热轧铁素体+均匀分布的珠光体。 

图  4  改进后SM490钢的显微组织形貌

改进后拉伸试样的宏观形貌如图5所示。由图5可知：试样平行段无沟槽、台阶等加工缺陷,且表面粗糙度较小,拉伸断裂位置也都靠近平行段中部区域。 

图  5  改进后拉伸试样的宏观形貌

4.   结论和建议

SM490钢力学性能不合格的原因为：轧钢工序的温度控制不合理,使材料产生魏氏组织和网状铁素体,导致金属材料的塑性变差；拉伸试样中存在明显的沟槽、台阶等加工缺陷,在进行拉伸试验时,缺陷部位产生应力集中,导致试样的力学性能不合格。建议对精轧和卷取温度控制进行改进,并对试样加工质量进行改善,改进后SM490钢产品的力学性能得到提升。

文章来源——材料与测试网