Q345B鋼板冷彎成形開裂分析

南車株洲電力機車有限公司 （湖南 412001） 劉海蘭 陳智江 龔蘭芳

Q345B鋼是GB/T1591－1994《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》中的一個重要牌號，具有高強度、良好塑性及低溫沖擊韌度，可作為重要焊接結(jié)構(gòu)件使用，也是機車車體中廣泛應用的結(jié)構(gòu)鋼品種。但我公司在對某批次板厚為6mmQ345B鋼板進行冷彎成形時，在90°折彎處發(fā)現(xiàn)鋼板有開裂現(xiàn)象，為查明原因，對開裂鋼板進行理化檢驗，送檢試樣如圖1所示。

圖1 開裂鋼板宏觀形貌

1.試驗部分

（1）化學成分分析 在開裂的鋼板上取樣，用SPECTROLAB直讀光譜儀對彈簧進行化學成分分析，結(jié)果符合GB/T1591－1994《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》中的化學成分要求。

（2）宏觀斷口分析 開裂發(fā)生在鋼板呈90°折彎處，裂紋長度70mm，斷口為木紋狀斷口，有明顯的分層現(xiàn)象。

（3）金相分析 垂直鋼板裂紋取截面試樣，試樣研磨后經(jīng)酸蝕后觀察，發(fā)現(xiàn)鋼板截面上有兩條顏色呈灰黑色的偏析帶，一條較窄的偏析帶（稱為偏析帶1）位于鋼板中心，另一條較寬的偏析帶（稱為偏析帶2）位于距鋼板最大變形表面約1.0mm處，如圖2所示。

圖2 偏析帶宏觀形貌

在GX71金相顯微鏡下觀察，可見裂紋有沿偏析帶2擴展延伸趨勢，如圖3所示。偏析帶2中的組織為呈帶狀分布的珠光體和鐵素體，并可見偏析帶內(nèi)有較多的非金屬夾雜物，以及由于在外力作用沿非金屬夾雜物形成的微裂紋，如圖4、圖5所示。鋼板的基體組織為鐵素體+珠光體，非金屬夾雜物明顯少于偏析帶2（見圖6）。鋼板中心的偏析帶1中的基體組織也為帶狀珠光體和鐵素體，但帶寬較窄，非金屬夾雜物也少于偏析帶2，如圖7所示。

圖3 裂紋沿偏析帶擴展

圖4 偏析帶2的顯微組織與非金屬夾雜物形貌

圖5 沿非金屬夾雜物形成的微裂紋形貌

圖6 基體組織形貌

圖7 中心偏析帶1的組織形貌

（4）硬度測試 用HM211維氏硬度計對鋼板基體和偏析帶2的硬度進行測試，結(jié)果如附表所示。

維氏硬度測試結(jié)果 （HV）

由附表可知，偏析帶2上的硬度較基體組織的硬度高。

2.分析與討論

分析結(jié)果表明，鋼板中存在明顯的帶狀偏析，特別是在距表面1.0mm處的帶狀偏析較嚴重，偏析帶內(nèi)分布有較多的非金屬夾雜物，且硬度較基體組織高。

帶狀偏析是鋼錠凝固時的枝晶偏析經(jīng)軋制形成的，鋼液凝固時溶質(zhì)元素在樹枝晶臂之間富集偏聚，碳和合金元素偏析、非金屬夾雜物等缺陷都聚集在此。熱軋時表面等軸晶區(qū)和內(nèi)部柱狀晶區(qū)都被拉長，冷卻時各區(qū)域溶質(zhì)元素濃度不同，使得相應區(qū)域相變溫度不同，冷卻后該區(qū)域的組織也出現(xiàn)不同，如碳和合金元素含量較高，將導致珠光體含量增加，硬度增高。熱軋后帶狀組織沿軋制方向偏析，會影響鋼板橫向性能的連續(xù)性，使得橫向塑性變差。圖3中顯示斷裂過程中裂紋沿帶狀組織擴展延伸，表明帶狀偏析在受力過程中是一個薄弱環(huán)節(jié)。一般鋼板的偏析帶出現(xiàn)在中心區(qū)域，而在該批次鋼板中，在距離鋼板折彎變形最大的表面約1.0mm處還有一條較中心偏析帶更為嚴重的組織偏析帶，其珠光體含量較高，使得鋼板的強度、硬度升高，塑性、韌性變差。鋼板在折彎時，由于表層鐵素體含量較高，基體組織較軟，會首先產(chǎn)生滑移位錯，滑移帶在遇到硬度較高的偏析組織區(qū)域時受到阻礙，從而萌生裂紋，導致鋼板開裂。

此外，偏析帶內(nèi)分布較嚴重的非金屬夾雜物也是影響鋼板冷彎性能的另一個主要因素，非金屬夾雜物破壞了金屬基體的連續(xù)性，降低了鋼材的塑性，并易在非金屬夾雜物處形成應力集中，在鋼板受力變形時，是微裂紋的發(fā)源地（見圖5）。

由于帶狀組織偏析是鋼錠凝固時的枝晶偏析經(jīng)軋制而形成的，而枝晶偏析正好也是非金屬夾雜物的聚集區(qū)，所以帶狀組織偏析和非金屬夾雜物相互伴生，共同作用使得鋼板的冷彎性能變差。

3.結(jié)語

Q345B鋼板中存在的較嚴重帶狀組織偏析，以及偏析帶內(nèi)聚集的非金屬夾雜物破壞了鋼板橫向性能的連續(xù)性，是導致鋼板冷彎成形時開裂的主要原因。

（20130108）