Q345B钢板冷弯成形开裂分析

2013-08-28南车株洲电力机车有限公司湖南412001刘海兰陈智江龚兰芳

金属加工(热加工) 2013年5期

南车株洲电力机车有限公司（湖南 412001）刘海兰陈智江龚兰芳

Q345B钢是GB/T1591－1994《低合金高强度结构钢》中的一个重要牌号，具有高强度、良好塑性及低温冲击韧度，可作为重要焊接结构件使用，也是机车车体中广泛应用的结构钢品种。但我公司在对某批次板厚为6mmQ345B钢板进行冷弯成形时，在90°折弯处发现钢板有开裂现象，为查明原因，对开裂钢板进行理化检验，送检试样如图1所示。

图1 开裂钢板宏观形貌

1.试验部分

（1）化学成分分析在开裂的钢板上取样，用SPECTROLAB直读光谱仪对弹簧进行化学成分分析，结果符合GB/T1591－1994《低合金高强度结构钢》中的化学成分要求。

（2）宏观断口分析开裂发生在钢板呈90°折弯处，裂纹长度70mm，断口为木纹状断口，有明显的分层现象。

（3）金相分析垂直钢板裂纹取截面试样，试样研磨后经酸蚀后观察，发现钢板截面上有两条颜色呈灰黑色的偏析带，一条较窄的偏析带（称为偏析带1）位于钢板中心，另一条较宽的偏析带（称为偏析带2）位于距钢板最大变形表面约1.0mm处，如图2所示。

图2 偏析带宏观形貌

在GX71金相显微镜下观察，可见裂纹有沿偏析带2扩展延伸趋势，如图3所示。偏析带2中的组织为呈带状分布的珠光体和铁素体，并可见偏析带内有较多的非金属夹杂物，以及由于在外力作用沿非金属夹杂物形成的微裂纹，如图4、图5所示。钢板的基体组织为铁素体+珠光体，非金属夹杂物明显少于偏析带2（见图6）。钢板中心的偏析带1中的基体组织也为带状珠光体和铁素体，但带宽较窄，非金属夹杂物也少于偏析带2，如图7所示。

图3 裂纹沿偏析带扩展

图4 偏析带2的显微组织与非金属夹杂物形貌

图5 沿非金属夹杂物形成的微裂纹形貌

图6 基体组织形貌

图7 中心偏析带1的组织形貌

（4）硬度测试用HM211维氏硬度计对钢板基体和偏析带2的硬度进行测试，结果如附表所示。

维氏硬度测试结果（HV）

由附表可知，偏析带2上的硬度较基体组织的硬度高。

2.分析与讨论

分析结果表明，钢板中存在明显的带状偏析，特别是在距表面1.0mm处的带状偏析较严重，偏析带内分布有较多的非金属夹杂物，且硬度较基体组织高。

带状偏析是钢锭凝固时的枝晶偏析经轧制形成的，钢液凝固时溶质元素在树枝晶臂之间富集偏聚，碳和合金元素偏析、非金属夹杂物等缺陷都聚集在此。热轧时表面等轴晶区和内部柱状晶区都被拉长，冷却时各区域溶质元素浓度不同，使得相应区域相变温度不同，冷却后该区域的组织也出现不同，如碳和合金元素含量较高，将导致珠光体含量增加，硬度增高。热轧后带状组织沿轧制方向偏析，会影响钢板横向性能的连续性，使得横向塑性变差。图3中显示断裂过程中裂纹沿带状组织扩展延伸，表明带状偏析在受力过程中是一个薄弱环节。一般钢板的偏析带出现在中心区域，而在该批次钢板中，在距离钢板折弯变形最大的表面约1.0mm处还有一条较中心偏析带更为严重的组织偏析带，其珠光体含量较高，使得钢板的强度、硬度升高，塑性、韧性变差。钢板在折弯时，由于表层铁素体含量较高，基体组织较软，会首先产生滑移位错，滑移带在遇到硬度较高的偏析组织区域时受到阻碍，从而萌生裂纹，导致钢板开裂。

此外，偏析带内分布较严重的非金属夹杂物也是影响钢板冷弯性能的另一个主要因素，非金属夹杂物破坏了金属基体的连续性，降低了钢材的塑性，并易在非金属夹杂物处形成应力集中，在钢板受力变形时，是微裂纹的发源地（见图5）。

由于带状组织偏析是钢锭凝固时的枝晶偏析经轧制而形成的，而枝晶偏析正好也是非金属夹杂物的聚集区，所以带状组织偏析和非金属夹杂物相互伴生，共同作用使得钢板的冷弯性能变差。