Q345B 鋼板直角折彎開裂原因分析

王喜攀，張占杰，屈曉彬，呂玉良，宋君君

（南陽漢冶特鋼有限公司鋼研院，河南 南陽 474500）

Q345B 作為常規產品，生產工藝成熟，具有良好的綜合力學性能、焊接性能及較高的性價比，隨著經濟技術的不斷發展，廣泛應用于工程機械、建筑、汽車制造等行業。2020 年初，某廠生產的20 mm 厚的Q345B 鋼板在供貨給國內一家工程機械生產廠家，鋼板在直角折彎過程中出現批量彎曲棱開裂現象，導致經濟損及影響產品交貨期。為查明開裂原因，通過金相顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析等手段對開裂工件進行取樣分析，探究其開裂原因，針對性的采取改進措施，避免類似問題再次發生。

1 鋼板檢驗

1.1 化學成分及力學性能

在鋼板沒有折彎的地方取樣檢測，化學成分與力學性能見表1、表2。

表1 化學成分 %

表2 力學性能

由表1 得知鋼板化學成分符合國家標準要求。

由表2 得知鋼板的屈服強度、抗拉強度富余量均在60 MPa 以上，符合國家標準要求。

1.2 宏觀檢驗

試樣為20 mm 厚度Q345B 鋼板，直角折彎后角部厚度1/4 位置開裂，裂紋沿平行于鋼板軋制方向擴展，斷口色澤為亮白色。

1.3 低倍檢驗

在直角折彎開裂試樣上取低倍試樣，酸洗腐蝕后試樣厚度截面1/4、1/2 部位存在嚴重偏析帶，依據YB/T 4003—2006《連鑄鋼板坯低倍組織缺陷評級圖》對試樣厚度1/2 部位偏析帶進行評級，達到A 類1.5 級。

1.4 金相顯微鏡檢驗

在折彎開裂試樣上再取金相試樣，分別對厚度1/4、1/2 部位進行檢測。1/4 部位有較多夾雜物聚集，夾雜物總量達到7.5 級，1/2 部位A 類夾雜物≥3.0級；1/4、1/2 部位存在較多貝氏體，試樣組織為鐵素體＋珠光體＋貝氏體，見圖1、表3。

圖1 金相分析

表3 夾雜物分析

1.5 掃描電鏡

對折彎開裂的金相試樣進行掃描電鏡觀察，可以看到開裂部位存在的大量條狀夾雜物聚集，其方向與裂紋的方向大致相同，見下頁圖2。經能譜分析條狀夾雜物MnS（見圖3），成分見表4。

圖2 試樣電鏡分析

圖3 能譜分析

表4 夾雜物成分

2 夾雜物進行能譜分析

對直角折彎開裂部位夾雜物進行能譜分析，夾雜物的主要成分是S、Mn 以氧化物形式存在。低倍檢測顯示鋼板厚度1/2 部位存在嚴重偏析，且偏析處形成貝氏體硬相組織。組織的差異性及鋼中MnS的存在導致了鋼板直角折彎開裂，首先要解決的問題是降低鋼板中MnS 數量，其次還要盡可能的降低鋼板中心偏析程度。

硫化物夾雜物是內源性包裹體。夾雜物的來源主要是鋼液中硫化物夾雜物沒有完全上浮，在鋼液的凝固過程中，隨著鋼液凝固，凝固前沿C、Mn、Fe等元素進一步富集，凝固到一定階段時，隨著數量的增加最終在凝固組織中形成MnS。此類夾雜一般呈鏈條狀，容易產生層狀撕裂，會破壞鋼板基體的連續性。

MnS 夾雜在軋制過程中沿軋制方向隨金屬基體一起流動變形，最終變成條狀或帶狀存在于鋼板基體中。由于夾雜物與鋼板基體間應力傳遞的方式不同，在外力作用下，夾雜物周圍會出現因應力集中而成為裂紋源，導致脆性開裂。

3 夾雜物控制措施

根據硫化物夾雜和中心偏析上述原因分析，結合其產生的根源，有效提高鋼板的折彎性能，提出以下改進措施：

3.1 煉鋼環節

減少硫化物夾雜的主要途徑是降低原始鋼液中硫含量。對入爐鐵水進行硫含量控制，控制在0.015%以內，并通過精煉進一步脫硫，使其含量達到要求目標值內。由于MnS 沿軋制方向隨金屬基體一起變形，最終形成條狀或帶狀夾雜，在軋制后因冷卻原因產生收縮效應不同，破壞了部分條狀夾雜物尖端與基體界面的連續性。因此需要在冶煉過程中適當的采用鈣處理，使鋼中塑性MnS 夾雜轉變為非塑性的球狀CaS 夾雜，避免產生鏈條狀MnS 塑性夾雜，有利于提高鋼板的折彎性能。

加強精煉過程控制，采用大渣量，適當延長精煉時間，確保夾雜物變性上浮，精煉渣轉變為淡黃色、白色，并加以合理的吹氬制度，確保鋼液中的各類夾雜物充分上浮，同時也要注意控制鋼液中氮含量。

3.2 連鑄環節

澆鑄時選擇合適的澆鑄溫度，使鋼水過熱度控制在15～20 ℃內，制定合適的澆鑄速度，在避免裂紋的前提下盡量提高冷卻速度。采用輕壓下及電磁攪拌技術，減輕鑄坯的中心偏析，盡可能的將鑄坯低倍控制在B 類2.0 級以下。

3.3 軋制環節

鑄坯加熱采用“低溫長保”工藝，均熱段的溫度降低20 ℃至1 200～1 220 ℃，避免鑄坯晶粒粗化長大。延長均熱段30 min 的加熱時間，充分促進鋼坯心部偏析元素的擴散。首先制定合理的軋制工藝，盡可能的增加道次壓下量，確保鋼板厚度方向上的致密性、晶粒度能夠均勻一致；精軋階段累積壓下率≥50%。使奧氏體晶粒能夠充分的拉長，為鐵素體轉變提供更多的形核質點，細小的鐵素體晶粒對鋼板的塑韌性變形有利。其次在控冷方面，要制定合理的控冷工藝，通過增大冷速，可以抑制過飽和C 原子的擴散，進而減輕鋼板心部的帶狀組織。

4 結論

通過對20 mm 厚Q345B 鋼板直角折彎開裂部位采用金相相顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析等手段進行分析，找出了直角折彎開裂的原因是鋼板厚度1/4、1/2 部位MnS 夾雜聚集及中心偏析引起。通過對鋼水硫含量控制、加強精煉操作、嚴控連鑄過程工藝、制定合理的軋制工藝等相應有效措施，確保鋼板質量，從而有效避免鋼板直角折彎開裂。