優(yōu)鋼端部剪切裂紋的分析

郭磊

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部， 山東 萊蕪 271100）

生產(chǎn)實踐·應(yīng)用技術(shù)

優(yōu)鋼端部剪切裂紋的分析

郭磊

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部， 山東 萊蕪 271100）

分析近年來出現(xiàn)較多的優(yōu)鋼端部剪切存在裂紋現(xiàn)象，通過實驗比對工藝方法尋找出現(xiàn)裂紋的原因，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法和措施，以優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。

優(yōu)鋼 剪切裂紋 分析

剪切工序是鋼鐵生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，傾軋的質(zhì)量不僅影響到鋼筋的商品包裝質(zhì)量，而且還會影響鋼筋的頭尾部質(zhì)量。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在實際優(yōu)鋼棒材生產(chǎn)過程中，優(yōu)鋼棒材尾部出現(xiàn)折疊、結(jié)疤和剪切裂紋是影響鋼材質(zhì)量最重要的因素。當(dāng)前，隨著汽車、飛機、高鐵等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對優(yōu)鋼棒材的需求不斷擴(kuò)大，我國逐漸向鋼鐵大國、鋼鐵強國發(fā)展。但是當(dāng)前很多鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中，因為鋼筋質(zhì)量不過硬，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此對優(yōu)鋼棒材端部剪切裂紋的原因進(jìn)行分析，對優(yōu)鋼行業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 優(yōu)鋼的概述

優(yōu)鋼也叫特鋼或者優(yōu)特鋼。鋼鐵分成普通鋼鐵和特優(yōu)鋼。我國是一個鋼鐵大國，然而優(yōu)鋼是衡量一個國家是否是鋼鐵強國的重要標(biāo)志。然而隨著制造業(yè)逐漸向高新技術(shù)方向轉(zhuǎn)變，對優(yōu)鋼的需求不斷擴(kuò)大。特別當(dāng)下中國正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，國家不斷提高裝備制造業(yè)的科技水平，因此這給特殊鋼行業(yè)的發(fā)展提供了好的發(fā)展機遇。特殊鋼是指鋼必須滿足化學(xué)、物理和機械等要求，并能在特殊的工作環(huán)境下工作。特殊性能鋼也是特殊的合金鋼，這些鋼指的是電光、磁、聲、熱、電化學(xué)等效功能的鋼。常用的有不銹鋼、電工硅鋼、耐熱鋼、精密合金等材料[1-3]。

2 優(yōu)鋼端部剪切裂紋出現(xiàn)的原因

型號Ф50 mm以下的鋼材都要利用大剪對鋼材進(jìn)行剪切，直到小型鋼材車間軋制達(dá)到Ф50 mm。而小型機組在軋制優(yōu)鋼的時候，經(jīng)常會產(chǎn)生端部裂紋的問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。以某鋼鐵企業(yè)為例，2013年因為優(yōu)鋼端部出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格，直接造成企業(yè)70萬元的經(jīng)濟(jì)損失。企業(yè)為了控制小型機組端部裂紋現(xiàn)象的產(chǎn)生，只能增加切頭和切尾的長度，這樣直接降低了材料的利用率，每噸鋼筋利用率降低了0.6%，按照每年企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)鋼20萬t計算，優(yōu)鋼的價格是4000元/t，直接給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)480萬元。通過對工序分析發(fā)現(xiàn)，鋼材冷卻到一定溫度以后，如果用大剪進(jìn)行剪切時，則會出現(xiàn)剪切裂紋。主要是下面三個原因造成的：第一個是鋼材芯部和鋼材表面存在一定的溫度差，所以導(dǎo)致鋼材應(yīng)力開裂。第二原因就是300℃是鋼材脆弱區(qū)，在這樣的情況下，鋼材很容易出現(xiàn)開裂，第三個原因就是鋼材內(nèi)部就有一定的孔洞和裂紋造成的裂縫。為了驗證優(yōu)鋼剪切裂紋產(chǎn)生的真正原因：選擇了一種型號的優(yōu)鋼進(jìn)行檢驗，發(fā)現(xiàn)鋼材內(nèi)部并沒有內(nèi)部裂紋和孔洞，所以證明優(yōu)鋼剪切裂紋并不是優(yōu)鋼自身的原因造成的，因此我們可以排除第三個原因。第二實驗選擇了規(guī)格型號比較小的優(yōu)鋼，并直接剪切，規(guī)格型號比較大的鋼材則用高頻或者中頻爐進(jìn)行加熱，加熱到300～400℃的溫度再剪切，剪切后也沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。由此可以推斷優(yōu)鋼剪切裂紋產(chǎn)生的原因是優(yōu)鋼表面和芯部的溫度差過大產(chǎn)生的剪切裂紋[3]。如果優(yōu)鋼的表面溫度達(dá)到了200℃，那么優(yōu)鋼的內(nèi)部溫度可能達(dá)到400℃設(shè)置更高，優(yōu)鋼內(nèi)外溫度相差幾百攝氏度，對優(yōu)鋼進(jìn)行剪切時，優(yōu)鋼芯部發(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象，芯部聚集了較大的應(yīng)力，當(dāng)鋼材的溫度冷卻到室內(nèi)溫度時，芯部的抗拉強度會下降，芯部就會產(chǎn)生橫向的裂紋。如果是使用大剪刀剪切，那么橫截面沿剪切方面就會出現(xiàn)橫向波紋狀的凹凸，整個剪切面的完整性遭到破壞，那么剪切橫截面的應(yīng)力會變得很不均勻，這是剪切裂紋產(chǎn)生的真正原因。此外，如果在剪切的時候刀片的壓力過大，那么圓形橫斷面會被剪切為橢圓形的，鋼材中也會出現(xiàn)較大的應(yīng)力，在應(yīng)力作用下，鋼材切料會出現(xiàn)裂紋。

3 控制優(yōu)鋼端部剪切裂紋的措施

冬季受到氣候溫度的影響，小型優(yōu)鋼端部經(jīng)常出現(xiàn)裂紋。根據(jù)剪切端面殘余應(yīng)力分析，鋼材組織中存在偏析區(qū)。通過檢測發(fā)現(xiàn)，鋼材偏析區(qū)的釩、鉻元素的含量比較高，材料在冷卻的時候，很容易形成貝氏體組織和馬氏體組織[4]。如果用低溫剪切的方式，在剪切應(yīng)力作用下，偏析區(qū)的貝氏體組織和馬氏體組織很容易產(chǎn)生裂紋。鋼材存放期間，如果冷卻速度過大，變形區(qū)的殘余應(yīng)力會導(dǎo)致裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大，從而在鋼材的端面上形成比較大的裂紋，也就是剪切端部裂紋。如果剪切溫度高，鋼材具有比較的韌塑性，鋼材的變形應(yīng)力會得到釋放，殘余應(yīng)力比較小，所以裂紋出現(xiàn)的概率也比較小。由此，我們可以得出結(jié)論，優(yōu)鋼端部裂紋控制的方法有兩個：一個是提高剪切溫度，另外一個是降低冷卻速度。

3.1 控制剪切溫度

從上述優(yōu)鋼剪切裂紋產(chǎn)生的原因，做出了調(diào)整，當(dāng)優(yōu)鋼進(jìn)行軋制的時候，厚度≥18 mm的剪切溫度必須≥330℃；厚度在14～18 mm的各個型號的優(yōu)鋼剪切溫度則要≥310℃；厚度14～19 mm的優(yōu)鋼剪切溫度≥230℃。厚度≤9 mm型號的優(yōu)鋼剪切溫度≥200℃。抽油桿鋼的剪切溫度則≥320℃。抽油桿鋼傾軋制鋼材的直徑≥22 mm時，鋼材的剪切溫度則≥320℃；如果直徑＜22 mm，鋼材的剪切溫度則保持在220～320℃。此外，為了便于產(chǎn)品以后的驗收，優(yōu)鋼在剪切的時候還要做好相關(guān)的剪切記錄。

3.2 控制冷卻速度

按照生產(chǎn)的相關(guān)要求對抽油桿鋼進(jìn)行剪切，并從二段鏈下線以后，生產(chǎn)線上的工作人員立即收集碼垛，并存放在大門不通風(fēng)幾個貨位，這個過程中必須樣控制時間，堆垛、冷卻的時間必須達(dá)到120 h以上[5]。除了正常的人員和車輛進(jìn)出以后，其他時候門窗必須關(guān)閉。物流發(fā)貨室和小型冷床之間必須用彩條布和帆布搭起一定高度的隔墻，隔墻的高度在6 m左右，這樣可以防止冷風(fēng)直接吹入到貨位上。冷卻時間達(dá)到120 h，工人則需要對堆垛后貨位存放11層以下的抽油桿鋼進(jìn)行檢查，檢查是否存在剪切裂紋。此外在實際過程中，還要加強車間的各個部門、各專業(yè)、各工序的組織協(xié)調(diào)性，一些溜槽、活套、側(cè)輥和地輥磨損現(xiàn)象十分嚴(yán)重，這也會影響到剪切的質(zhì)量。

4 結(jié)語

隨著我國裝備制造業(yè)逐漸向高新技術(shù)轉(zhuǎn)變，高鐵、核電、大飛機、汽車等新興產(chǎn)業(yè)對高性能、高品質(zhì)、個性化的優(yōu)鋼需求量急劇上升。通過對優(yōu)鋼端部剪切存在裂紋現(xiàn)象的進(jìn)行實驗比對分析，對剪切方式和溫度進(jìn)行實驗對照，發(fā)現(xiàn)了解決方法，在這一基礎(chǔ)上提出了對工藝的優(yōu)化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 梅志遠(yuǎn)，楊坤，周曉松，等.FRC/鋼T型燕尾槽連接結(jié)構(gòu)抗彎損傷機理及強度特性研究[J].材料科學(xué)與工藝，2014（3）：114-118.

[2] 樊超偉，王子龍，盧偉永，等.優(yōu)碳圓鋼表面質(zhì)量改進(jìn)[C]//2014年全國小型型鋼/線棒材生產(chǎn)技術(shù)交流會論文集，2014：181-183.

[3] 丁志敏，付能，馮銳，等.珠光體對ZG120Mn13鋼拉伸斷裂過程的影響[J].材料科學(xué)與工藝，2015（4）：54-58.

[4] 瞿光彬，李林優(yōu).由鍋爐高壓蒸汽管道焊縫裂紋探討P91鋼焊縫裂紋防治措施[J].中國化工貿(mào)易，2015（20）：236.

[5] 陳振業(yè)，張闊斌，王云閣，等.Q235B和Q345B鋼中厚板表面縱裂紋的成因分析和工藝優(yōu)化[J].特殊鋼，2015，36（6）：30-32.

（編輯：張偉）

Analysis of Shear Crack over End of High Quality Steel

Guo Lei
（Special Steel Business Department of SD Steel Laiwu Branch Company,Laiwu Shandong 271100）

In recent years there are more shear cracks over end of high quality steel,through the comparison of experiment method,this paper finds out the cause of crack,puts forward corresponding methods and measures to optimize the quality of the products.

high quality steel,shear crack,analysis

TG335

A

1672-1152（2017）01-0048-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.20

2017-01-18

郭磊（1984—），男，江蘇睢寧縣人，2008年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料加工專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于山東鋼鐵萊蕪分公司特鋼事業(yè)部中型成材車間技術(shù)組。