22SiMn2 鋼板開裂原因分析

楊偉杰，何水金

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001）

近期某鋼廠發(fā)生了1 起鋼板開裂的質(zhì)量投訴，在鋼板生產(chǎn)過程中以及交付到用戶加工場(chǎng)地時(shí)均未發(fā)現(xiàn)開裂的情況，但在后續(xù)加工使用的過程中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)鋼板存在裂紋。收到投訴后，鋼板生產(chǎn)廠家多次前往加工場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)處理，并對(duì)開裂的鋼板進(jìn)行取樣分析。

1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

在收到加工廠的投訴后立即組織專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核實(shí)調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)此次問題鋼板主要用于制作挖掘機(jī)、鏟車上叉斗的導(dǎo)板，在加工鉆孔、焊接等多個(gè)環(huán)節(jié)反映出開裂情況，調(diào)質(zhì)后焊接也有出現(xiàn)嚴(yán)重裂紋，另外還有幾個(gè)叉斗在使用僅幾天也發(fā)現(xiàn)了開裂情況，從現(xiàn)場(chǎng)取了3 個(gè)裂紋樣回廠組織分析。

2 樣件檢測(cè)分析

2.1 開裂試樣金相組織、夾雜物、硬度等分析

從開裂的試樣上對(duì)鋼板進(jìn)行金相組織、夾雜物、硬度等分析，結(jié)果見表1。

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，裂紋沿鋼板切割邊部向基體進(jìn)行延伸，裂紋寬度由前端向基體逐漸縮小。

2.2 裂紋處夾雜物及金相分析

對(duì)裂紋處再進(jìn)行夾雜物及金相組織分析，1#、2#、3#樣件裂紋處的組織均為馬氏體+貝氏體，且在樣件中均未見夾雜物，組織形貌見圖1。

2.3 產(chǎn)生原因分析

此次裂紋屬于延遲裂紋，延遲裂紋又分為切割加工產(chǎn)生的延遲裂紋和氫導(dǎo)致的延遲裂紋，二者的主導(dǎo)因素不一樣。

圖1 裂紋處金相組織形貌

切割加工延遲裂紋：在切割加工后停留過程中，存在于鋼板心部的微細(xì)裂紋在切割加工產(chǎn)生的應(yīng)力作用下，需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行裂紋融合、擴(kuò)展過程，當(dāng)其尺寸達(dá)到斷裂臨界裂縫尺寸，就可能發(fā)生斷裂。切割加工裂紋產(chǎn)生存在一定的潛伏期，具有延遲特征，固稱延遲裂紋。

氫導(dǎo)致的裂紋：鋼板內(nèi)部存在的缺陷提供潛在的裂紋源，在應(yīng)力的作用下，這些缺陷的前沿會(huì)形成應(yīng)力集中的三向應(yīng)力區(qū)，誘使鋼板中殘留的氫向高應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散，并發(fā)生聚集。當(dāng)氫的含量達(dá)到臨界值時(shí)，缺陷部位便會(huì)發(fā)生開裂和相應(yīng)擴(kuò)展。同時(shí)，在裂紋尖端形成新的三向應(yīng)力區(qū)。其后，氫不斷向新的三向應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散、聚集，當(dāng)裂紋尖端局部的氫含量達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋又發(fā)生新的擴(kuò)展。這一過程周而復(fù)始持續(xù)進(jìn)行，直至形成宏觀裂紋。

表1 開裂試樣金相組織、夾雜物、硬度檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)加工廠一直采用同樣的熱處理、切割和加工工藝，而且其它鋼板在同一加工條件下也沒有產(chǎn)生裂紋質(zhì)量問題，基本排除為切割加工導(dǎo)致的延遲裂紋。故而推測(cè)此次裂紋為鋼板中H 導(dǎo)致的延遲裂紋。

3 生產(chǎn)工藝調(diào)查

對(duì)問題鋼板對(duì)應(yīng)爐號(hào)的煉鋼工藝，如真空時(shí)間、純脫氣時(shí)間、軟吹時(shí)間等進(jìn)行調(diào)查，均符合工藝要求。由于生產(chǎn)此批鋼時(shí)未能進(jìn)行定H 測(cè)試，無法證實(shí)此批鋼板脫H 效果如何，但調(diào)查中發(fā)現(xiàn)在冶煉過程中N 含量未呈下降趨勢(shì)（見表2），說明脫氣效果不好。

4 預(yù)防措施

本次產(chǎn)生的裂紋屬于H 致延遲裂紋。針對(duì)H 致延遲裂紋措施主要是控制鋼中H 的含量，工廠在后續(xù)生產(chǎn)過程中采取的措施主要有：

（1）生產(chǎn)22SiMn2 時(shí)，保證每爐在RH（VD）處理后喂Ca 線，鋼中Ca 含量控制在0.0013%～0.0030%，軟吹時(shí)間＞8min，冶煉該類鋼種要保留軟吹曲線，生產(chǎn)完成后檢查確認(rèn)。

表2 問題鋼板對(duì)應(yīng)爐號(hào)冶煉過程中N 含量趨勢(shì)

（2）生產(chǎn)22SiMn2 時(shí)，應(yīng)確保RH 真空處理時(shí)間≥15 min，純脫氣時(shí)間≥10 min；

（3）生產(chǎn)22SiMn2 時(shí)，每個(gè)澆次≤8 爐，并做一次定氫測(cè)試，要求H＜2 ppm。若是定H 爐次≥2 ppm 含量，必須對(duì)下爐再次進(jìn)行定H，若還是≥2 ppm，則停止冶煉本鋼種。

5 結(jié) 束

通過分析，此次22SiMn2 在加工時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼板開裂，屬于延遲裂紋，而且是H 導(dǎo)致的延遲裂紋，后續(xù)鋼廠在生產(chǎn)此類鋼種時(shí)采取了相對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施，保證工序能力，嚴(yán)格控制鋼板H 含量，后期未再發(fā)生此類開裂的質(zhì)量投訴。