Q345B鋼板彎曲開裂原因分析及應對措施

張景維

摘 要：Q345B鋼板，由于具備較強的焊接性能、力學性能、低溫沖擊韌性等特征，而在各類結(jié)構(gòu)部件有著大量的應用。然而，由于受各方面因素的影響，Q345B鋼板發(fā)生彎曲開裂，嚴重影響其性能和質(zhì)量?；诖?，本文就Q345B鋼板彎曲開裂原因及應對措施進行深入地研究。

關(guān)鍵詞：Q345B鋼板;彎曲開裂;原因;應對

1 引言

Q345B鋼板有著強大的性能，在煤礦機械、大型機械、石油化工以及高層建筑等領(lǐng)域中有著廣泛運用。為了能夠提升鋼板的利用效率、控制成本費用，對鋼板進行計算機優(yōu)化下料，可以將鋼板的利用效率提升至95%左右，然而對下料后的板材實施彎曲壓制成型的過程中，常常會發(fā)生鋼板彎曲位置出現(xiàn)斷裂又或是裂紋的情況，導致構(gòu)件的批量報廢，造成構(gòu)件生產(chǎn)廠家發(fā)生巨大的經(jīng)濟損失。

2 Q345B鋼板彎曲開裂原因

2.1 宏觀形貌分析

對于開裂部位處的縱向位置實施拋光，對其裂紋的形貌進行觀察。通過觀察發(fā)現(xiàn)，此裂紋是由若干小裂紋與1個大面積的裂紋所構(gòu)成。大裂紋已延伸至外表面出現(xiàn)開裂問題的部位處。小裂紋在軋制方向上呈現(xiàn)為不連續(xù)的鏈狀分布，裂紋鏈形成于1/4板材厚度位置處。因為試樣是在彎曲完成后選擇的，所以試樣表面與裂紋鏈呈現(xiàn)為相互對稱的弧形。

2.2 金相分析

首先，在拋光情形下，通過萊卡顯微鏡來仔細觀察裂紋試樣中的夾雜物。通過觀察發(fā)現(xiàn)，在離裂紋較遠的位置處，夾雜物比較少;在裂紋周圍，有著很多長條狀的夾雜物。其次，再利用掃描電鏡針對裂紋周圍的夾雜物成分展開定量分析，最終發(fā)現(xiàn)此夾雜物是A類夾雜（硫化物類）。最后，以4%的硝酸酒精溶液來腐蝕裂紋樣，在腐蝕結(jié)束后可以發(fā)現(xiàn)，基體組織是“珠光體+鐵素體”。此外，在裂紋位置處還發(fā)現(xiàn)了組織異常的偏析帶，其組織構(gòu)成為“鐵素體+貝氏體+馬氏體”。

2.3 原因分析

在煉鋼操作中，或許會有少許的耐火材料、爐渣、以及冶煉過程中的產(chǎn)物掉入到鋼液中。針對弧形連鑄機來說，液相穴中的夾雜物上浮被內(nèi)弧側(cè)捕捉而無法上浮至結(jié)晶器的液面，通常會在距離內(nèi)弧外表鑄坯厚度1/4～1/5的位置處產(chǎn)生高度聚集的夾雜物。鋼中如果存在非金屬類的夾雜物，則會對鋼基體的連續(xù)性造成極大的影響，引起應力集中現(xiàn)象。如果Q345B鋼板受到切應力又或是拉應力的影響，沿著夾雜物存在的方向就極易發(fā)生破裂。在彎曲過程中，受拉形變側(cè)因為有著大量的硫化物夾雜，在夾雜物位置處形成應力集中，最后導致裂紋。偏析，是鋼錠在凝固過程中的枝晶偏析經(jīng)由軋制而產(chǎn)生的，鋼液凝固過程中溶質(zhì)元素在樹枝晶臂間大量集聚，非金屬夾雜物、合金元素以及碳元素等缺陷均極易匯聚在此處。在進行熱軋的時候，內(nèi)部柱狀晶區(qū)、表面等軸晶區(qū)都會被拉長;在冷卻過程中，各部位的溶質(zhì)元素濃度是有所差異的，導致對應部位的相變溫度完全不同，冷卻后此部位的組織同樣有所區(qū)別。通過分析發(fā)現(xiàn)，偏析帶Mn、P、Si的含量與基體相比較高，冷卻以后產(chǎn)生了更高硬度的貝氏體以及馬氏體。在進行彎曲試驗時，較高硬度的貝氏體及馬氏體嚴重影響著金屬的塑性形變，導致應力集中現(xiàn)象，極易引起裂紋，是造成裂紋的根本成因所在。

3 Q345B鋼板彎曲開裂應對措施

3.1 工藝處理措施

根據(jù)已確定的現(xiàn)場工藝和設(shè)計圖紙，在對設(shè)計裝配要求沒有任何影響的基礎(chǔ)上，可對現(xiàn)有工藝處理措施進行優(yōu)化、改進。第一，確保輪廓關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)不發(fā)生變化，只將折彎成型的“R”調(diào)大，盡可能降低其對于材料韌性及塑性的需求，在選擇R的過程中可根據(jù)以下關(guān)系進行修改：（1）如果板厚（t）超過16 mm，則R應大于等于1.5t;（2）如果板厚（t）小于等于16 mm，則R應大于等于t。第二，若下料后鋼板有毛刺，需將毛刺清理干凈又或是對彎曲部分實施退火處理，以增強其塑性。第三，如果超出厚板彎曲極限而必須彎曲成小半徑時，則可采取附加反壓法。此方法主要是在自由彎曲模中，下模選擇強力頂料板，其可以在彎曲過程中對板的形變位置加大壓縮應力，進而能夠使得最小彎曲半徑明顯縮小，避免出現(xiàn)裂紋情況。第四，在折彎成型過程中，需將曲線由毛坯斷面向后移動（2t+R），又或是將彎曲線與毛坯斷面保持平齊，同時還需制作出（1.5-2.0t+R）的空槽。此外，還應沖出超過2-3倍板厚的槽，而后再彎曲;又或是在前道工序內(nèi)開出圓形孔，然而再完成沖裁——彎曲加工。

3.2 熱處理措施

針對已經(jīng)下好料的鋼板實施900℃正火處理，正火能夠均勻組織、細化晶粒，優(yōu)化鋼板的整體機械性能;除此以外，還可以在不影響鋼板強度的前提下，大大加強鋼板的韌性以及塑性。取壓彎成型過程中，在壓彎部位處存在裂紋的部件，制作成拉伸試樣，以900℃空冷正火處理后開展拉伸試驗，根據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，鋼板的強度基本上沒有發(fā)生任何變化，然而伸長率縱向和橫向都有較大的變化;相較于熱軋態(tài)，大約提高10%，同時縱向和橫向的伸長率大致相似，所以通過熱處理后的鋼板韌性以及塑性有較大程度的加強，基本上可以達到彎曲成型的要求。針對已出現(xiàn)裂紋的零部件，實施900℃正火處理，在處理以后進行壓彎成型，并沒有發(fā)生裂紋。

3.3 設(shè)備措施

在彎曲成型過程中，盡可能選擇使用下胎?？梢哉{(diào)節(jié)且安裝有滾軸的數(shù)控折彎機，嚴格控制胎模對于鋼板的摩擦系數(shù)。由此，在產(chǎn)品成型時，對于成型拉伸部分可以及時進行補料奠定基礎(chǔ)，防止出現(xiàn)成型拉裂的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

綜上所述，Q345B鋼板之所以會出現(xiàn)彎曲開裂的現(xiàn)象，主要是由于受各式各樣因素的影響，不僅影響著Q345B鋼板的性能，而且對其質(zhì)量也有著極大的影響。對于此情況，應當從工藝處理、熱處理和設(shè)備三方面著手采取有效措施，避免Q345B鋼板發(fā)生彎曲開裂的問題，從而保障Q345B鋼板的性能。

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