1 引言
橋梁用鋼曾用16Mn橋、巧MnV等鋼種，武鋼在原有平爐冶煉16Mncl鋼的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出通過轉(zhuǎn)爐連鑄生產(chǎn)的新型橋梁用14MnN曬鋼。14MnNbq的綜合性能較平爐鋼有很大提高。該鋼種已成功應用于蕪湖長江大橋、南京長江二橋等國內(nèi)重大橋梁工程中，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。在用于實際工程之前，我們選取不同板厚、不同工藝狀態(tài)的試樣進行了金相方而的大量試驗。這對深入系統(tǒng)地研究該鋼的控軋機理、熱處理工藝對鋼材組織結(jié)構(gòu)、物理性能、焊接性能和力學性能的影響有重要意義．而且還為進一步完善生產(chǎn)工藝和提高鋼板的實物性能提供了一定的指導依據(jù)。
2 在金相顯微鏡下的試驗材料
14M胡bq鋼的試驗材料選用武鋼生產(chǎn)的16mm、24mm、32mm、40mm和50mm厚的轉(zhuǎn)爐連鑄鋼板。為確保14MnNbq鋼具有良好的強度、韌性及焊接性能，化學成分的設計基于以下幾個原則（試驗鋼的化學成份見表1):
1）保證鋼板最終組織為穩(wěn)定的鐵素體＋珠光體組織；
2）添加Nb微合金化元素，利用控軋過程中強碳化物形成元素防所形成碳氮化物的彌散析出相（第二相），細化鋼的品粒，以提高鋼的強度及韌性，并改善鋼的焊接性能；
3）兼顧鋼的強度及焊接性能降低C含量而提高Mn含量；
4）提高鋼質(zhì)純凈度，改善硫化物形態(tài)及分布，提高鋼的抗韌斷、脆斷能力。
14MnNbq的生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→KR脫硫→LD吹煉→大包底吹A(chǔ)r(RH真空處理）→連鑄→鑄坯火焰清理→2800軋機軋制→正火熱處理→精整→檢驗入庫。熱處理制度為：
1）正火溫度：890士10℃；
2）保溫時間：20分+板厚（mm）×1分／min
3 實驗內(nèi)容
3.1 金相顯微鏡的宏觀檢驗
3.1.1鑄坯硫印分析
表2為武鋼批量生產(chǎn)的14MnNbq鋼鑄坯硫印質(zhì)量分級表，隨機抽取三爐鋼進行連鑄坯橫斷面大試樣硫印分析，試樣尺寸為250（厚）×900mm（寬）。按YB4003-91《連鑄鋼坯缺陷硫印評級及非金屬夾雜顯微評定方法》規(guī)定硫印中心偏析C系列為中心偏析最輕微的系列，而C系列中又分為0.5～6級，隨級別增高偏析加重。由此可見14MnNbq鑄坯內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良，優(yōu)良的鑄坯質(zhì)量為該鋼具有優(yōu)良韌性提供了保證。
3.1.2金相顯微鏡的低倍檢驗
生產(chǎn)高質(zhì)量轉(zhuǎn)爐連鑄14MnNbq鋼板的關(guān)鍵是如何通過合理的連鑄工藝，獲得良好的凝固鑄態(tài)組織。一般來說，由于連鑄坯較之模注鋼錠而言，其結(jié)晶冷卻過程存在著較大的差異，因此連鑄鋼的特性決定了鑄坯柱狀晶較模注鋼要發(fā)達，而發(fā)達的柱狀晶組織如不加以控制，就會因為其組織遺傳性，使隨后鋼板的成分偏析加重，并產(chǎn)生夾雜物局部聚集。
武鋼在14MnNbq鋼進人轉(zhuǎn)爐連鑄生產(chǎn)前期，就該鋼的特點，對其連鑄二冷工藝、矯直點溫度控制等進行了較為深人的研究。實踐表明，通過14MnNbq合理的連鑄工藝，柱狀晶組織得到控制。
選取不同板厚的試樣8#(24mm）、4#(40mm）、7#(50mm)，試樣經(jīng)磨制后，用冷酸浸蝕法進行低倍組織檢驗。檢驗結(jié)果表明：三種不同板厚的試樣除在其厚度的1/2處出現(xiàn)正常偏析線外，鑄壞內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，質(zhì)量良好。
3.2 電解夾雜分析
隨機抽取32mm厚的14MnNbq鋼板，在鋼板厚度t/4位置取電解夾雜試樣，對鋼中穩(wěn)定氧化物總量及分量、硫化物總量進行廠分析，其穩(wěn)定氧化物夾雜總量為27ppm，說明該鋼具有高的純凈度。
3.3 鋼中非金屬夾雜物的檢驗
為檢驗鋼中夾雜物的分布情況，選取4#(40mm）和7#(5Omm）兩種不同厚度的試樣進行鋼中非金屬夾雜物的檢驗，并按GB10561-89標準進行評級，結(jié)果見表3;該結(jié)果表明：鋼中夾雜物的級別低，鋼的純凈度較高。
3.4 晶粒度級別的評定
按GB6394-86標準，對不同規(guī)格的正火態(tài)試樣在表層和中心處的顯微組織進行了晶粒度評級，結(jié)果見表4。
從評級結(jié)果來看，正火試樣在不同部位的晶粒大小，雖然保留了其熱軋態(tài)的趨勢，但它們的分布還算均勻，而且有細化的效果。
3.5 定量金相分析
為了對不同狀態(tài)、不同部位試樣的鋼中非金屬夾雜物分布及其組織分布有更仔細地了解，在定性的基礎(chǔ)上，又對夾雜物和組織進行了定量測量和分析，所用設備為德國KONTRON公司生產(chǎn)的IBAS-2000自動圖像分析儀。
3.5.1夾雜物定量分析
試樣經(jīng)觀察后〔物鏡×50,K=0.2214〕，發(fā)現(xiàn)試樣中夾雜物的分布比較均勻，于是只對不同狀態(tài)試樣的夾雜物做了定量分析，而未對每一試樣的不同部位進行區(qū)分。測量時選取的幾何參數(shù)有：所測夾雜物占測量視場的面積百分比（A%）、夾雜物顆粒的面積（AREA）、夾雜物顆粒的最大徑（DMAX）以及單位面積上夾雜物的個數(shù)。所得結(jié)果的平均值見下表5。
從表5可以看出，鋼材經(jīng)正火后，其夾雜物的尺寸、數(shù)量和形態(tài)都得到了一定程度的改善，這對于最終成品的力學性能以及其綜合性能的改善是有貢獻的。
3.5.2顯微鏡下的顯微組織定量分析
用同一物鏡對試樣的顯微組織進行觀察，發(fā)現(xiàn)試樣在處于不同的狀態(tài)、不同的部位時，其幾何尺寸和形狀有所差異。對顯微組織中的珠光體和鐵素體進行分開測量，選擇的幾何測量參數(shù)有：所測珠光體占所測視場而積的百分比（A%）、珠光體/鐵素體的面積（AREA）、珠光體/素體的最大（DMAX）以及它們的形狀因子（ASPECT）。所得結(jié)果的平均值見表6。
從熱軋態(tài)試樣來看，材料在1/2處的珠光體和鐵索體品粒都有相對其它位置處的最大幾何尺寸，而且這種趨勢明顯。這是山于在故態(tài)相變過程中，熱軋板在中心處的冷卻速度相對較慢，晶粒容易長人。
從正火態(tài)試樣來看，晶粒的幾何尺寸在各部位的排列趨勢基本上是延襲其熱軋態(tài)。但從所得數(shù)據(jù)可以看出，珠光體、鐵素體晶粒在各部位的分布趨于一致，分布更加均勻，而且晶粒也得到明顯的細化，珠光體晶粒在12～11的級別之內(nèi)。鐵素體晶粒在11.5～10的級別之內(nèi)。從ASPECT數(shù)據(jù)來看，正火態(tài)比熱軋態(tài)也更加規(guī)范。這些晶粒方面的改善對材料的塑性和韌性無疑是有幫助的。
4 結(jié)語
通過對14MnNbq鋼板在金相方而的大量試驗，我們所得到的結(jié)論是：
1)14MnNbq連鑄坯的硫印和冷酸試驗都表明其冶金質(zhì)精良好；
2）鋼板的最終組織滿足其成份設定的原則；
3）鋼中非金屬夾雜物在形態(tài)、數(shù)舉和分布上都能控制在理想的范圍之內(nèi)；
4）正火工藝明顯地使鋼的組織得到廠均勻和細化，這有益于材料綜合性能的改善
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