低合金钢Q355B加工开裂原因分析及改善.pdf
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1、总第 期 年第 期 .低合金钢 加工开裂原因分析及改善冯俊鹏石建强成慧梅徐桂喜葛阳阳(河钢集团邯钢公司河北 邯郸)摘要:针对 钢板加工过程中开裂问题分析了缺陷试样的化学成分、力学性能、金相组织和电镜夹杂物等 认为:钢板内部大量的 夹杂以及芯部严重的带状组织是导致钢板加工开裂的主要原因 通过分析 夹杂和带状偏析产生的原因提出了在不改变原有成分的前提下通过增加 钙处理用量对硫化物夹杂改质采用 炉造渣工序前移严格保证净吹时间 连铸机全程恒定拉速控制减少夹杂物数量改善夹杂物形貌 连铸工序通过实施低过热度浇注避免出现铸坯凝固“搭桥”现象同时优化设备冷却效果避免因出现坯壳鼓肚变形而加重偏析程度采用合适电磁
2、搅拌、动态轻压下技术减少铸坯中心偏析程度提高钢板内部质量 通过一系列工艺优化夹杂物含量得到有效控制铸坯中心偏析程度进一步弱化加工开裂问题得到解决关键词:夹杂带状组织加工开裂过热度电磁搅拌动态轻压下技术中图分类号:.文献标志码:文章编号:():./.():.:收稿日期:作者简介:冯俊鹏()男工程师 年毕业于东北大学冶金工程专业现在河钢集团邯钢公司从事产品研发工作 :.通讯作者:石建强()男在读硕士高级工程师 年毕业于河北理工大学冶金工程专业 现在河钢集团邯钢公司工作:.引言 钢属于常规产品因其加工性能及焊接性能良好且由于硬度高、性价比高等特点使得其在市场上被广泛应用目前在桥梁、建筑、工程机械、造
3、船、汽车结构件和钢结构等领域均有 成功总第 期 应用的案例 然而今年以来公司多次收到用户反馈 钢板在折弯加工过程中发生开裂的问题给客户和公司带来不利影响 为此迫切需要找到导致钢板加工开裂的原因并采取措施杜绝此类问题的再次发生钢板开裂过程 用户采用 厚的钢板制作铲车车斗部件钢结构件需要下料后进行多道次折弯在折弯过程中发现钢板折弯外表面出现大量开裂崩裂长度为 崩裂面全部集中在钢板折弯受力处钢板的其他位置均无表面裂纹 钢板折弯方向与钢板轧制方向保持一致用户折弯用弯头为圆弧形弯曲速度为 /为缓慢折弯在同行业内折弯条件较好 对比钢板的加工过程和钢板开裂特征初步判断钢板开裂是由钢板内部质量异常导致的 因此
4、对同一张钢板在折弯开裂部位和未开裂部位分别取样进一步对比分析查找开裂原因钢板检验.宏观形貌 工件开裂宏观形貌如图()所示开裂产生在钢板折弯外表面部位沿折弯方向分布 故在开裂附近取样取样位置:试样 沿着裂纹方向取样试样 垂直裂纹方向取样试样 正常钢板处取样如图()所示 对试样进行化学成分、力学性能、金相组织、晶粒度、夹杂物、带状组织及电镜分析等.钢板成分和性能 钢板成分及性能分别如表 和表 所示图 折弯后工件开裂宏观形貌及试样.表 钢板的化学成分(质量分数).元素验收范围.实测值.表 钢板的力学性能.指标抗拉强度/屈服强度/伸长率/弯曲 冲击功/国标要求 合格纵向实测值合格纵向 由表 可知钢板化
5、学成分符合验收要求 由表 可知钢板的屈服强度、抗拉强度富余量均在 以上且延伸率和常温冲击功均符合国家标准要求并有很大的富余量.金相组织和夹杂物 在折弯开裂附近位置和未开裂的钢板上随机取样并分别切取横、纵向试样经打磨抛光后制成金相样然后将纵向试样抛光后光镜下观察夹杂物将横向试样用 硝酸酒精溶液腐蚀后观察金相组织其折弯开裂处试样的组织如图()、图()、图()和图()合格位置处试样组织如图()和图()所示河北冶金 年第 期图 试样的金相组织.折弯开裂的横向试样基体组织为铁素体 珠光体 偏析处过冷组织带状组织级别为 晶粒度为.级未开裂试样基体组织为铁素体 珠光体 偏析处过冷组织带状组织级别为晶粒度为.
6、级图 试样夹杂物.通过金相显微镜检测发现折弯开裂处的试样存在大量条状夹杂物如图 所示 夹杂物评级分别为试样(.)和试样(.)未开裂处试样 夹杂物评级为(.).电镜和能谱分析 将折弯开裂的夹杂物试样抛光后经超声波清洗干净进行电镜和能谱分析结果如图 所示 能谱分析表明长条状夹杂物主要以 为主 点状总第 期 夹杂物主要为、等钢板中的夹杂物主要是 夹杂图 夹杂物成分.结果与讨论.加工开裂的原因 钢板折弯开裂部位和未开裂部位试样金相显微形貌具有显著差异:电镜下显示开裂部位钢板存在较多 夹杂夹杂物评级在.以上且内部组织偏析严重达到 级带状 而未开裂部位钢板夹杂物数量少且短小主要是硫化物和氧化物夹杂组织偏析
7、较轻为 级带状 钢板在折弯的过程中夹杂物聚集之处容易引起应力集中尤其大型非金属夹杂的存在会破坏钢基的连续性外力作用下更容易萌生裂纹进而产生裂纹源其次钢板内部存在严重带状组织会进一步成为裂纹扩展通道最终导致钢板在折弯处崩裂 因此推断钢板内部严重的 偏聚和带状组织是钢板加工开裂的主要原因.和带状偏析产生的原因 属于内生夹杂物内生夹杂主要是指在冶炼过程中由于各种化学反应生成且没有得到及时去除的非金属夹杂内生夹杂难以避免不能够完全去除但可以采取措施控制内生夹杂物的数量并改变其成分、大小和分布情况 根据钢板成分化验结果实测 含量为.而金相显微镜检测钢板局部 夹杂较多、尺寸较大 推测夹杂物的来源应该是钢中
8、的 夹杂未能得到充分的上浮和吸附并且残余的 在钢液凝固的过程中偏聚在铸坯心部并进一步聚集长大钢板轧制的过程中在外力作用下发生延展变形最终在光镜下表现出条带状的 夹杂 钢板带状偏析的形成原因主要是凝固时溶质元素在树枝晶之间富集偏聚由凝固理论可知钢水在凝固初期铸坯断面温度梯度大近坯壳表面处钢液冷却速度快形成边部细的等轴晶该区组织较为致密成分偏析较轻 而靠近铸坯中心处的凝固末端钢中的易偏析元素、等容易在树枝晶交汇处偏聚最终凝固的钢液必然含有较多的杂质产生中心偏析河北冶金 年第 期改善措施.夹杂改质 高温下 夹杂属于塑性易变形夹杂在轧制过程中随金属基体一起变形最终形成条状或带状夹杂在常温下加工时条带状
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