新型结构钢14MnNbq金相试验分析
刘继雄 郭爱民董汉雄 李平和 张敏
（武汉钢铁集团技术中心）
摘 要：为满足工程建设需要，武汉钢铁厂研制开发出新的钢材品种14MnNbq武钢对该种钢材进行了金相方面的一系列试验，并对其结果进行了总结分析试验结果表明l4MnNb(l钢板的冶金质量在全相类系列试验上的反映良好，这对于该类钢的深入研究，有一定的基础指导作用
关键词：桥梁钢；金相；定量
1 引言
桥梁用钢曾用16Mn桥、巧MnV等钢种，武钢在原有平炉冶炼16Mncl钢的基础上，研制开发出通过转炉连铸生产的新型桥梁用14MnN晒钢。14MnNbq的综合性能较平炉钢有很大提高。该钢种已成功应用于芜湖长江大桥、南京长江二桥等国内重大桥梁工程中，取得了良好的经济效益和社会效益。在用于实际工程之前，我们选取不同板厚、不同工艺状态的试样进行了金相方而的大量试验。这对深入系统地研究该钢的控轧机理、热处理工艺对钢材组织结构、物理性能、焊接性能和力学性能的影响有重要意义．而且还为进一步完善生产工艺和提高钢板的实物性能提供了一定的指导依据。
2 试验材料
14M胡bq钢的试验材料选用武钢生产的16mm、24mm、32mm、40mm和50mm厚的转炉连铸钢板。为确保14MnNbq钢具有良好的强度、韧性及焊接性能，化学成分的设计基于以下几个原则（试验钢的化学成份见表1):
1）保证钢板*终组织为稳定的铁素体＋珠光体组织；
2）添加Nb微合金化元素，利用控轧过程中强碳化物形成元素防所形成碳氮化物的弥散析出相（**相），细化钢的品粒，以提高钢的强度及韧性，并改善钢的焊接性能；
3）兼顾钢的强度及焊接性能降低C含量而提高Mn含量；
4）提高钢质纯净度，改善硫化物形态及分布，提高钢的抗韧断、脆断能力。
14MnNbq的生产工艺流程为：高炉铁水→KR脱硫→LD吹炼→大包底吹Ar(RH真空处理）→连铸→铸坯火焰清理→2800轧机轧制→正火热处理→精整→检验入库。热处理制度为：
1）正火温度：890士10℃；
2）保温时间：20分+板厚（mm）×1分／min
3 实验内容
3.1 金相宏观检验
3.1.1铸坯硫印分析
表2为武钢批量生产的14MnNbq钢铸坯硫印质量分级表，随机抽取三炉钢进行连铸坯横断面大试样硫印分析，试样尺寸为250（厚）×900mm（宽）。按YB4003-91《连铸钢坯缺陷硫印评级及非金属夹杂显微评定方法》规定硫印中心偏析C系列为中心偏析*轻微的系列，而C系列中又分为0.5～6级，随级别增高偏析加重。由此可见14MnNbq铸坯内在质量优良，优良的铸坯质量为该钢具有优良韧性提供了保证。
3.1.2金相低倍检验
生产高质量转炉连铸14MnNbq钢板的关键是如何通过合理的连铸工艺，获得良好的凝固铸态组织。一般来说，由于连铸坯较之模注钢锭而言，其结晶冷却过程存在着较大的差异，因此连铸钢的特性决定了铸坯柱状晶较模注钢要发达，而发达的柱状晶组织如不加以控制，就会因为其组织遗传性，使随后钢板的成分偏析加重，并产生夹杂物局部聚集。
武钢在14MnNbq钢进人转炉连铸生产前期，就该钢的特点，对其连铸二冷工艺、矫直点温度控制等进行了较为深人的研究。实践表明，通过14MnNbq合理的连铸工艺，柱状晶组织得到控制。
选取不同板厚的试样8#(24mm）、4#(40mm）、7#(50mm)，试样经磨制后，用冷酸浸蚀法进行低倍组织检验。检验结果表明：三种不同板厚的试样除在其厚度的1/2处出现正常偏析线外，铸坏内部未发现裂纹等缺陷，质量良好。
3.2 电解夹杂分析
随机抽取32mm厚的14MnNbq钢板，在钢板厚度t/4位置取电解夹杂试样，对钢中稳定氧化物总量及分量、硫化物总量进行厂分析，其稳定氧化物夹杂总量为27ppm，说明该钢具有高的纯净度。
3.3 钢中非金属夹杂物的检验
为检验钢中夹杂物的分布情况，选取4#(40mm）和7#(5Omm）两种不同厚度的试样进行钢中非金属夹杂物的检验，并按GB10561-89标准进行评级，结果见表3;该结果表明：钢中夹杂物的级别低，钢的纯净度较高。
3.4 晶粒度级别的评定
按GB6394-86标准，对不同规格的正火态试样在表层和中心处的显微组织进行了晶粒度评级，结果见表4。
从评级结果来看，正火试样在不同部位的晶粒大小，虽然保留了其热轧态的趋势，但它们的分布还算均匀，而且有细化的效果。
3.5 定量金相分析
为了对不同状态、不同部位试样的钢中非金属夹杂物分布及其组织分布有更仔细地了解，在定性的基础上，又对夹杂物和组织进行了定量测量和分析，所用设备为德国KONTRON公司生产的IBAS-2000自动图像分析仪。
3.5.1夹杂物定量分析
试样经观察后〔物镜×50,K=0.2214〕，发现试样中夹杂物的分布比较均匀，于是只对不同状态试样的夹杂物做了定量分析，而未对每一试样的不同部位进行区分。测量时选取的几何参数有：所测夹杂物占测量视场的面积百分比（A%）、夹杂物颗粒的面积（AREA）、夹杂物颗粒的*大径（DMAX）以及单位面积上夹杂物的个数。所得结果的平均值见下表5。
从表5可以看出，钢材经正火后，其夹杂物的尺寸、数量和形态都得到了一定程度的改善，这对于*终成品的力学性能以及其综合性能的改善是有贡献的。
3.5.2显微组织定量分析
用同一物镜对试样的显微组织进行观察，发现试样在处于不同的状态、不同的部位时，其几何尺寸和形状有所差异。对显微组织中的珠光体和铁素体进行分开测量，选择的几何测量参数有：所测珠光体占所测视场而积的百分比（A%）、珠光体/铁素体的面积（AREA）、珠光体/素体的*大（DMAX）以及它们的形状因子（ASPECT）。所得结果的平均值见表6。
从热轧态试样来看，材料在1/2处的珠光体和铁索体品粒都有相对其它位置处的*大几何尺寸，而且这种趋势明显。这是山于在故态相变过程中，热轧板在中心处的冷却速度相对较慢，晶粒容易长人。
从正火态试样来看，晶粒的几何尺寸在各部位的排列趋势基本上是延袭其热轧态。但从所得数据可以看出，珠光体、铁素体晶粒在各部位的分布趋于一致，分布更加均匀，而且晶粒也得到明显的细化，珠光体晶粒在12～11的级别之内。铁素体晶粒在11.5～10的级别之内。从ASPECT数据来看，正火态比热轧态也更加规范。这些晶粒方面的改善对材料的塑性和韧性无疑是有帮助的。
4 结语
通过对14MnNbq钢板在金相方而的大量试验，我们所得到的结论是：
1)14MnNbq连铸坯的硫印和冷酸试验都表明其冶金质精良好；
2）钢板的*终组织满足其成份设定的原则；
3）钢中非金属夹杂物在形态、数举和分布上都能控制在理想的范围之内；
4）正火工艺明显地使钢的组织得到厂均匀和细化，这有益于材料综合性能的改善。