中厚板产品可以应用在桥梁、管线、容器、风电、造船和机械等各个领域，其性能均匀性是衡量产品好坏的重要指标之一。很多学者对钢板性能均匀性的影响因素进行了研究，包括连铸坯偏析、轧制节奏、水冷制度等，但是对力学性能测试的试样类型及其试验数据的对比研究则较少。

 

     在机械加工和试验能力允许时，应使用全截面钢板试样，钢板厚度不小于30mm时也可以选择单面减薄至不小于30mm的矩形拉伸试样，钢板厚度不小于25mm时，也可以选择厚度1/4位置处的圆形拉伸试样。因此，检测厚度不小于30mm钢板的拉伸性能时，根据GB/T 2975—2018《钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备》，拉伸试样类型可以有多种选择，仅拥有不大于600kN拉伸试验机的实验室可采用圆形拉伸试样，也可以采用减薄试样，而拥有大于600kN拉伸试验机的实验室可使用全厚度矩形拉伸试样。研究人员通过矩形拉伸试样和圆形拉伸试样的对比试验，研究了拉伸试样类型的选择对中厚板拉伸性能的影响，并采用金相检验方法研究了影响的根本原因。

 

1.试样制备与试验方法 

 

1.1 试样制备

 

     选择生产工艺稳定的厚度为90mm的Q460C热轧钢板，其化学成分符合GB/T 1591—2018《低合金高强度结构钢》的要求，按照GB/T 2975—2018标准要求，在钢板宽度1/4处切取规格为400mm×1400mm（长度×宽度，下同）的材料，采用轧向锯切法去除加工余量30mm 后，加工出12个规格为40mm×300mm的钢板。按GB/T 228.1—2021《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》附录D将奇数编号（1，3，5，7，9，11号）钢板加工成宽度为30mm的矩形试样，分别编号为1#，3#，5#，7#，9#，11#，按GB/T 228.1—2021附录G将偶数编号（2，4，6，8，10，12号）钢板加工成直径为20mm的圆形试样，分别编号为2#，4#，6#，8#，10#，12#。由同一人员集中完成试样加工。

 

1.2 试验方法

 

     影响室温抗拉强度测量结果的因素主要有载荷、横截面积和拉伸速率等，故对比试验由同一试验员在同一时间、同一试验机上依据GB/T 228.1—2021标准完成，测量试样横截面尺寸时，使用分辨率为0.01mm的同一测量工具；测试矩形试样和圆形试样的强度时，采用相同的拉伸速率。

 

2. 试验结果与讨论

 

2.1 力学性能

 

     不同试样的室温拉伸试验结果如表1所示，矩形试样的上屈服强度、抗拉强度、断后伸长率的相对标准偏差分别为1.047%，0.280%，9.518%，圆形试样的上屈服强度、抗拉强度、断后伸长率的相对标准偏差分别为0.729%，0.664%，3.167%。由表1可知：从平均值上看，与矩形拉伸试样相比，圆形拉伸试样的上屈服强度测量值低于22.2MPa，相对低4.7%，圆形拉伸试样的抗拉强度测量值低于23.2MPa，相对低3.9%，而断后伸长率平均值变化不大；使用Minitab软件对矩形试样和圆形试样检测值进行双样本T分析，上屈服强度、抗拉强度均存在明显差异；矩形试样断后伸长率的相对标准偏差明显大于圆形试样，其原因是厚板矩形试样的断口位置存在不同程度的复杂变形，增大了断后标距的检测波动。

 

2.2 显微组织

 

     钢板厚度方向不同位置处的显微组织形貌如图1所示，其中图1a）为表面位置，图1b）为1/4厚度位置，图1c）为1/2厚度位置，T为钢板厚度。由图1可知：钢板厚度方向不同位置的显微组织有显著差异。从铁素体晶粒尺寸看，图1中的铁素体晶粒尺寸有差异，对应照片的平均晶粒度从11级向10级逐渐转变。

 

 

2.3 讨论

 

     在钢板控轧控冷阶段的层流水冷却时，一开始钢板表面温度急剧下降，中心温度下降得比较缓慢，随着冷却时间的延长，表面和内部温差越来越大；停止水冷后（空冷阶段），心部温度缓慢下降，表面温度逐渐回升；随着时间的延长，表面和内部温度逐渐趋于一致。钢板厚度方向不同位置冷却速率不同，导致显微组织存在一些差异，进而影响了宏观拉伸性能。数据统计显示，圆形拉伸试样抗拉强度测量值普遍低于矩形拉伸试样。

 

3.结论

 

    （1）钢板冷却时，厚度方向的显微组织存在差异，影响了其拉伸性能。

 

    （2）钢材出厂检验和验收时，应尽可能采取相同的拉伸试样类型，以缩小检测结果的差异。

 

    （3）实验室应配置更大测量范围的拉伸试验机，尽可能测量全厚度试样。

 

作者：王东柱，高小勇

 

单位：首钢京唐钢铁联合有限责任公司 制造部

 

来源：《理化检验-物理分册》2024年第12期

 

 

 

来源：理化检验物理分册

关键词： 钢板拉伸性能