Q355B鋼板焊接開裂原因分析

0引言

Q355B鋼板作為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，綜合性能好，具有耐低溫、易焊接、冷沖壓性、可切削性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器、塔架、特種設(shè)備等領(lǐng)域。中厚板內(nèi)在質(zhì)量，對(duì)中厚板的生產(chǎn)和使用均有重要的影響，而受到生產(chǎn)廠和用戶的高度重視。因此，在生產(chǎn)過程中在保證外觀質(zhì)量前提下，優(yōu)化和改善組織、確保客戶使用十分關(guān)鍵。

2010年4月正式生產(chǎn)板材，品種以Q355B為主，產(chǎn)量占比逐年增加，是九鋼中板的核心鋼種，因此，確保和改進(jìn)Q355B質(zhì)量是一項(xiàng)重要工作。本文針對(duì)對(duì)Q355B鋼板焊接開裂展開分析。

1影響焊接開裂的因素

1.1 鋼材成分與焊接性

Q355B屬于低合金高強(qiáng)度鋼，若碳當(dāng)量（ C_eq ）較高（接近上限 0.45% ），或硫（S）、磷（P）等雜質(zhì)含量超標(biāo)，易導(dǎo)致焊接冷裂紋。

解決：檢測(cè)鋼材的化學(xué)成分，確保Ceq符合標(biāo)準(zhǔn)（GB/T1591），必要時(shí)選擇碳當(dāng)量更低的材料。

1.2母材組織

鋼板若存在軋制缺陷、分層或內(nèi)部夾雜物，焊接時(shí)應(yīng)力集中易引發(fā)裂紋。

解決：焊接前進(jìn)行UT檢測(cè)，剔除缺陷部位。

2 原因分析

2024年1月份生產(chǎn)的Q355B鋼板在使用過程中出現(xiàn)焊接開裂，于是對(duì)成分、焊接及鋼板組織進(jìn)行分析。如下圖1。

圖1焊接開裂

2.1 成分檢驗(yàn)

調(diào)取該爐鋼數(shù)據(jù)表明鋼板成分符合標(biāo)準(zhǔn)，碳當(dāng)量（CEV為 0.40% ）正常，硫（S）磷（P）等雜質(zhì)含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，成分不是產(chǎn)生焊接開裂的原因。

通過檢驗(yàn)，該樣品冶煉成分如表1：

2.2焊接作業(yè)檢查

檢查作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，焊接過程中進(jìn)行了150～200^°C 的要求進(jìn)行了預(yù)熱；埋弧焊焊接電流 500～600A ，電壓 28～32V ，速度 20～30 cm/min 合理范圍；焊接采用ER50-6焊絲，與母材匹配，焊接操作無導(dǎo)致材料開裂因素

表1Q355B試樣熔煉成分結(jié)果（%）

注：CEV=C+Mn6+（ Cr+Mo+V ） 15+ （Ni+Cu）/15.

2.3鋼板取樣檢驗(yàn)

2.3.1 彎曲實(shí)驗(yàn)

對(duì)鋼板進(jìn)行取樣檢驗(yàn)，彎曲沒有出現(xiàn)開裂等異常情況，實(shí)驗(yàn)合格。對(duì)彎曲樣品再次取樣檢驗(yàn)，在彎曲樣品的兩端取兩個(gè)樣品分別標(biāo)記為1#、2#（如下左圖所示）：拋磨腐蝕之后宏觀金相觀察，可以看到兩個(gè)樣品的宏觀金相差異很大，1#樣品厚度四分之一位置出現(xiàn)很明顯的偏析黑線，2#樣品該位置卻很均勻（如下右圖所示）。

圖2樣品宏觀形貌

DT0.5，2#樣品夾雜等級(jí) i=AT2.5 ， DT0.5 。1#樣品1/4厚度存在明顯的鐵素體偏析帶且有大量的硫化物夾雜析出，如圖3。

2.3.2 金相顯微觀察

圖31#2#樣品100倍和500倍微觀組織以及夾雜物100倍金相觀察

樣品彎曲實(shí)驗(yàn)未出現(xiàn)異常，取彎曲樣品兩段各做金相檢驗(yàn)，1#、2#樣品邊部為 F+B ，1/4厚度、厚度中部金相組織均為 F+P+ 少量B。根據(jù)GB/T10561-2023A法判定1#樣品夾雜等級(jí) i=AT4.0

3討論與分析

1）樣品直讀光譜成分檢測(cè)結(jié)果均在國家標(biāo)準(zhǔn)控制范圍內(nèi)；

2）由于樣品為鋼板樣，并非缺陷樣品，彎曲合格，在彎曲試樣一端取的樣品為1#樣品，宏觀金相觀察1/4厚度出現(xiàn)偏析線，微觀金相觀察為鐵素體偏析帶且有大量的硫化物析出，1#樣品夾雜等級(jí)為 i=AT4.0 ，DT0.5。1#金相結(jié)果對(duì)于彎曲樣品屬于異?，F(xiàn)象，所以在彎曲試樣的另一端取樣品2#，該樣品宏觀觀察為正常，1/4厚度均勻，并未出現(xiàn)偏析線，2#樣品夾雜物等級(jí)為 i=AT2.5 DT0.5，2#金相結(jié)果對(duì)于彎曲樣品屬于正?，F(xiàn)象。因此，該試樣局部存在鋼板冶煉薄弱位置，該位置1/4厚度組織偏析夾雜存在很大差異。

4結(jié)論與解決措施

1）樣品直讀光譜成分檢測(cè)結(jié)果均在國家標(biāo)準(zhǔn)控制范圍內(nèi)。

2）從鋼板彎曲試樣上截取試樣宏觀微觀上可以發(fā)現(xiàn)，鋼板局部存在組織偏析位置，夾雜析出較多，該鋼板在加工過程中會(huì)出現(xiàn)局部開裂現(xiàn)象。

3）優(yōu)化煉鋼工藝及生產(chǎn)過程管控，減少鋼中的非金屬夾雜物及偏析，提高板坯中組織的均勻性。

4）控制轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的碳含量在 0.07% 以上，成分上有所保證；精煉白渣時(shí)間在10分鐘以上；精煉軟吹時(shí)間在8分鐘以上；精煉出站 [N]?55 ppm ;拉壞時(shí)板坯恒拉速穩(wěn)態(tài)澆鑄，控制溫度范圍：15^°C? 過熱度 ?30?C ；針對(duì)Q345R、要求Z向性能鋼等鋼種，把硫脫到 0.005% 以下再進(jìn)行鈣處理，抑制凝固過程析出硫化物夾雜；在設(shè)備充許情況下，品種鋼上連鑄臺(tái)前需測(cè)定鋼中氫。

通過開展板壞內(nèi)部質(zhì)量改善實(shí)踐，目前板坯中間裂紋和夾雜在0.5級(jí)及以下的比率達(dá)到 97% ，中心偏析在C0.5級(jí)及以下所占比率達(dá)到 95% ，三角區(qū)裂紋基本消失，疏松和縮孔輕微已不在肉眼可視范圍。

參考文獻(xiàn)

[1］夏贊平，肖太平，劉欣.提高連鑄板坯內(nèi)部質(zhì)量的實(shí)踐［C]//河北省金屬學(xué)會(huì)，江蘇省金屬學(xué)會(huì)，山東金屬學(xué)會(huì)，山西省金屬學(xué)會(huì)，遼寧省金屬學(xué)會(huì).2019年煉鋼生產(chǎn)新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品研討會(huì)論文集.；，2019：382-388.D0I：10.26914/c.cnkihy.2019.034373.