摘 要：采用宏观分析、化学成分分析、金相检验以及能谱分析等方法，对某钢铁公司生产的Q235B钢热轧板带中部孔洞和边裂缺陷的成因进行了分析。结果表明：该类热轧钢板的中部孔洞和边裂缺陷是由于连铸工艺出现异常，造成连铸板坯边部产生表层气孔以及中部产生较严重的硫偏析，从而使钢板中部生成了大量的条带状硫化物，特别是低熔点ＦｅＳ的生成导致了中部孔洞缺陷的产生；而连铸板坯边部的表层气孔在轧制过程中导致了边裂缺陷的产生。
常规流程生产热轧板带，通常是以连铸板坯作为坯料，通过加热、除磷、粗轧、精轧以及层流冷却等工艺流程得到热轧板卷。某公司生产的一批Q235B钢热轧板带在开卷过程中发现板带中部孔洞和板带边部纵裂纹缺陷，导致该批板卷报废，给公司造成了较大的经济损失。导致热轧板带产生孔洞缺陷的原因有很多，例如板坯夹杂物［１－２］、板坯气泡和气孔［３－４］、板坯中间裂纹以及板坯中心疏松［５］等。为查明该批Q235B钢热轧板带中部孔洞和边部纵裂缺陷产生的原因，以便采取措施避免类似缺陷的再产生，笔者对其进行了检验和分析。
1 理化检验
1.1 宏观分析
在Q235B钢热轧板带开卷过程中发现，每隔一段距离板带中部就会有一个孔洞缺陷，有些孔洞己经完全穿孔，有些孔洞则还有一点未穿透，如图１所示。另热轧板带的两边还存在边部纵裂纹缺陷，裂纹方向基本与轧制方向平行，如图２所示。
1.2 化学成分分析
分别在Q235B钢热轧板带中部孔洞缺陷和边部纵裂纹缺陷附近取样进行化学成分分析，结果见表１。可见该热轧板带的各元素含量均在GB/T700-2006《碳素结构钢》对Q235B钢成分的技术要求范围内，所以该Q235B钢热轧板带的化学成分合格。
1.3 金相检验及能谱分析
分别在Q235B钢热轧板带中部孔洞缺陷和边部纵裂纹缺陷处取纵向和横向试样，磨制、抛光和化学侵蚀后在光学显微镜下观察。
1.3.1中部孔洞缺陷
Q235B钢热轧板带中部孔洞缺陷周边裂纹处的显微组织形貌如图3所示，可见缺陷周边存在许多条带状组织，条带状组织内存在许多长条状的非金属夹杂物，且长条状的非金属夹杂物几乎与轧制方向无关，而是围绕着孔洞中心向板宽方向延伸。由图3还可见，缺陷两侧有一定的氧化脱碳现象。
对条带状组织内的长条状夹杂物进行能谱（ＥＤＳ）分析，共分析了６处。结果表明，该长条状夹杂物为硫化物，且其中有４处出现了硫的原子分数大于锰的原子分数的情况，说明除ＭｎＳ外还生成了低熔点的非金属化合物ＦｅＳ，如表２和图５所示。
进一步对Q235B钢热轧板带中部孔洞缺陷周边的显微组织进行观察，发现除了存在硫化物类夹杂物呈长条状围绕着裂纹周边分布以及向基体内延伸以外，其余部位的显微组织正常，也未发现有魏氏组织存在。按照GB/T6394-2002《金属平均晶粒度测定法》中的标准评级图进行晶粒度评级，为９～１０级，可见晶粒正常，未出现粗大组织。因此，在排除粗大组织和魏氏组织的情况下，可以排除板带中部孔洞缺陷由过热或过烧引起的可能性。
由于锰和硫的亲和力大于铁和硫的亲和力，锰可与硫形成高熔点的非金属化合物ＭｎＳ（熔点为１ ６００℃）。根据能谱分析结果，由于硫的原子分数大于锰的原子分数，所以除生成ＭｎＳ外，在裂纹周边还生成了低熔点的ＦｅＳ（α－Ｆｅ和ＦｅＳ共晶的熔化温度为９８０℃）［６］。ＦｅＳ在孔洞周边裂纹两侧都有存在，且其特征十分明显；因此恶化了该Ｑ２３５Ｂ钢的热脆性，导致其热脆性较大。而在远离中部孔洞缺陷处，则没有发现有低熔点化合物ＦｅＳ存在。
1.3.2 边部裂纹缺陷
在Q235B钢热轧板带的边部存在较多平行于轧制方向的边部纵向裂纹，观察裂纹的形貌特征，由于其表面不平滑，故可以排除擦划伤所致。
由图６可见，Q235B钢热轧板带边部裂纹的截面形貌特征主要有：①腰部肥大，而两头细小，如图６（ａ）所示；②上头粗大，下头细尖，而过渡处不圆滑，且裂纹内部氧化物比较多，如图６（ｂ）所示；③典型的根部圆钝，且呈现下大上小特征，如图６（ｃ）所示；④脱碳明显。图７为边部裂纹末端显微组织形貌，可见也存在一些硫化物夹杂物。依据这些特征判断认为，该Q235B钢热轧板带的边部裂纹应该为板坯表层气孔及气孔附近夹杂物经过后续加热氧化和脱碳，再经过随后轧制而引起的边部裂纹缺陷。
２ 综合分析
由以上理化检验结果可知，Q235B钢热轧板带中部孔洞缺陷周围存在大量呈条带状分布的硫化夹杂物，其中部分硫化物为低熔点的ＦｅＳ非金属化合物。轧制加热过程中低熔点化合物ＦｅＳ先熔化，然后受到后续的相变应力和热应力双重应力作用以及轧制力作用，导致了热轧板带开裂。由于低熔点化合物ＦｅＳ富集成一团，一旦交叉分布时，就在后续轧制过程中形成孔洞缺陷。
针对Q235B钢热轧板带在热连轧制过程中出现的边裂缺陷，进行裂纹微观形貌和组织分析发现，裂纹形貌与普通的沿晶界开裂的裂纹形貌不一致，呈现出根部圆钝、腰部肥大、脱碳明显等特征。根据裂纹的这些特征，认为该Q235B钢热轧板带边裂应是板坯表层气孔经过后续轧制而引起的，即在Q235B钢板坯近表层处存在表层气孔而导致了热轧板带边裂的发生。
综上所述，由于该Q235B钢的连铸工艺出现异常，导致了连铸板坯边部存在表层气孔以及中部存在较严重的硫偏析；硫偏析严重引起板坯中部出现了大量的条带状硫化物非金属夹杂物，尤其是出现了低熔点的ＦｅＳ，从而导致板坯热轧后在热轧板带中部出现孔洞缺陷；而板坯边部的表层气孔导致板坯在热轧后产生边部纵裂纹缺陷。综合上述两点，水口吹氩量过大或水口插入过深，引起板坯表层气孔产生过多［７－８］，并且连铸拉速、一冷和二冷等连铸工艺参数控制欠佳［９］，引起板坯硫偏析严重而导致了热轧板带孔洞和边裂缺陷的产生。
3 结论
（１）Q235B钢连铸板坯中部大量硫化夹杂物，特别是低熔点非金属化合物ＦｅＳ的生成，导致了热轧板带中部孔洞缺陷的产生。（２）由于Q235B钢连铸板坯边部存在表层气孔，从而导致了热轧板带边部纵裂纹缺陷的产生。
（３）由于水口吹氩量过大或水口插入过深，引起连铸板坯凝固过程中捕获气泡过多产生表层气孔，并且连铸拉速、一冷和二冷等连铸工艺参数控制欠佳，引起连铸板坯中部硫偏析严重而导致了热轧板带边部裂纹和中部孔洞缺陷的产生。