Q345B動臂耳板斷裂分析

張爾康

（濟南鋼鐵集團有限公司，山東 濟南250101）

0 前言

某廠家組裝的裝載機，在使用過程中動臂耳板出現(xiàn)斷裂，此動臂耳板為70mm 規(guī)格的Q345B 鋼板制作，為改進鋼板生產(chǎn)工藝，避免此類現(xiàn)象再次發(fā)生，對鋼板生產(chǎn)過程及耳板斷裂機理進行了相關分析和研究。

1 生產(chǎn)工藝分析

1.1 生產(chǎn)工藝

70mm 厚度Q345B 鋼板生產(chǎn)工藝：KR→轉爐冶煉→CAS→LF→連鑄→連鑄坯下線堆垛緩冷24 小時→板坯加熱→軋制→矯直→空冷→切割→標記→檢驗→入庫。

對制作動壁耳板的鋼板生產(chǎn)過程進行追溯： 煉鋼過程中在CAS站吹氬≥10min，LF 精煉進站及出站溫度滿足連鑄工藝及溫降要求，造白渣處理，喂線結束后軟吹時間≥10min，連鑄時拉速正常。 軋制時各道次壓下量、開軋溫度、終軋溫度等關鍵參數(shù)均在正常范圍內。鑄坯C 類偏析2.0 以下，中心疏松0.5 以下，無中間裂紋，無表面缺陷。

1.2 熔煉成分

查詢鋼板熔煉成分記錄：C 含量0.15%；Si 含量0.36%；Mn 含量1.40%；P 含 量0.019%；S 含 量0.010%；Nb 含 量0.030%；Ti 含 量0.025%；Als 含量0.028%。 熔煉成分符合生產(chǎn)廠內控標準及GB/T1591-2008 規(guī)定。

1.3 力學性能

查詢鋼板出廠力學性能檢驗記錄，屈服強度ReL：344MPa；抗拉強度Rm：520MPa， 伸長率：23.5%；20℃縱向V 型沖擊功：44.8J、46.1J、52.8J；橫向冷彎試驗合格。 符合GB/T1591-2008 規(guī)定，但沖擊功值相對偏低。

2 斷口化學成分分析

從斷口附近取樣進行光譜分析，從斷口化學成分看，添加了微合金化元素Nb、Ti，相關成分符合國家標準要求，與鋼板原始熔煉成分差別不大， 在正常的熔煉、 成品成分偏差允許范圍以內：C 含量0.15%；Si 含量0.37%；Mn 含量1.39%；P 含量0.016%；S 含量0.012%；Nb 含量0.034%；Ti 含量0.021%；Als 含量0.025%。

3 夾雜物及金相組織分析

從動臂耳板斷口部位取樣， 進行夾雜物分析： 粗系A 類夾雜物：0.5， 粗系B 類夾雜物：0.5， 粗系C 類夾雜物：1.5， 粗系D 類夾雜物：1.0。 夾雜物整體較少。

從動臂耳板斷口部位取樣，進行金相顯微組織分析：鐵素體鋼板晶粒度較粗大，且分布不均勻，在6.5-8.0 級之間，無帶狀組織、魏氏組織，見圖1：

圖1 金相顯微組織（左100X，右200X）

4 斷裂機理分析及結論

一般認為發(fā)生斷裂的原因主要與脆斷、內在質量問題（內部裂紋、中心偏析、組織不均勻、夾雜物）、表面微裂紋以及加工使用方式等因素有關。

本次70mm 規(guī)格Q345B 鋼板加工成裝載機動臂耳板，在使用過程中發(fā)生的斷裂，從金相分析來看，鋼板的夾雜物級別不高。經(jīng)顯微組織檢驗，熱軋狀態(tài)的Q345B 金相組織為鐵素體+珠光體，鋼板的晶粒度較粗大，且分布不均。 從宏觀斷口看，屬于脆性斷裂,致使其發(fā)生脆性斷裂的原因與使用時的環(huán)境工況、瞬間高應力及組織不均勻有關：

（1）此裝載機在我國東北使用，動臂耳板斷裂時為2 月份，環(huán)境溫度較低，平均氣溫-20℃左右，容易造成材料的脆性斷裂。

（2）動臂耳板部位在裝載機使用過程中經(jīng)常處于瞬間高應力。

（3） 從顯微組織來看此Q345B 鋼板晶粒度較粗大， 且分布不均勻。

由于裝載機的動臂耳板受力較復雜，尤其在礦山等工況環(huán)境較差的條件下，容易出現(xiàn)損壞。 普通滿足國標的Q345B 厚規(guī)格結構鋼板已經(jīng)不能滿足礦山等復雜工況的使用條件。 針對客戶對高品質鋼的需求，裝載機重點部位鋼板應采用保探傷、Z 向性能鋼板。 生產(chǎn)過程增加VD/RH 真空精煉，充分脫氣。 在冶煉、連鑄過程應純凈鋼質、控制拉速、利用輕壓下減輕鑄坯的中心偏析和心部疏松。 保證熱送鑄坯加熱時間；粗軋機軋制要采用高溫低速壓下工藝,在軋機條件允許的情況下,盡可能加大，保證變形深透,以減輕原始組織中偏析的影響,使粗大的柱狀晶得以破碎，以減輕帶狀組織。軋后鋼板堆垛緩冷。以正火熱處理狀態(tài)交貨，使鋼板組織均勻，充分釋放內應力，改善內在質量，以替代目前普通的Q345B 厚規(guī)格結構鋼板。

［1］趙坤.鋼板Z 向拉伸斷裂原因分析[J].寬厚板,2009(5).