Q345B動(dòng)臂耳板斷裂分析

張爾康

【摘 要】本文采用了鋼板生產(chǎn)工藝追溯，結(jié)合夾雜物、金相顯微組織等手段，對(duì)Q345B動(dòng)臂耳板斷裂機(jī)理進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：（1）使用環(huán)境溫度過(guò)低；（2）鋼板晶粒度較粗大且分布不均勻是造成斷裂的主要原因。

【關(guān)鍵詞】Q345B鋼板；斷裂；金相；性能

0 前言

某廠(chǎng)家組裝的裝載機(jī)，在使用過(guò)程中動(dòng)臂耳板出現(xiàn)斷裂，此動(dòng)臂耳板為70mm規(guī)格的Q345B鋼板制作，為改進(jìn)鋼板生產(chǎn)工藝，避免此類(lèi)現(xiàn)象再次發(fā)生，對(duì)鋼板生產(chǎn)過(guò)程及耳板斷裂機(jī)理進(jìn)行了相關(guān)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(zhuǎn)爐冶煉→CAS→LF→連鑄→連鑄坯下線(xiàn)堆垛緩冷24小時(shí)→板坯加熱→軋制→矯直→空冷→切割→標(biāo)記→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

對(duì)制作動(dòng)壁耳板的鋼板生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行追溯：煉鋼過(guò)程中在CAS站吹氬≥10min，LF精煉進(jìn)站及出站溫度滿(mǎn)足連鑄工藝及溫降要求，造白渣處理，喂線(xiàn)結(jié)束后軟吹時(shí)間≥10min，連鑄時(shí)拉速正常。軋制時(shí)各道次壓下量、開(kāi)軋溫度、終軋溫度等關(guān)鍵參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。鑄坯C類(lèi)偏析2.0以下，中心疏松0.5以下，無(wú)中間裂紋，無(wú)表面缺陷。

1.2 熔煉成分

查詢(xún)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(chǎng)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)及GB/T1591-2008規(guī)定。

1.3 力學(xué)性能

查詢(xún)鋼板出廠(chǎng)力學(xué)性能檢驗(yàn)記錄，屈服強(qiáng)度ReL：344MPa；抗拉強(qiáng)度Rm：520MPa，伸長(zhǎng)率：23.5%；20℃縱向V型沖擊功：44.8J、46.1J、52.8J；橫向冷彎試驗(yàn)合格。符合GB/T1591-2008規(guī)定，但沖擊功值相對(duì)偏低。

2 斷口化學(xué)成分分析

從斷口附近取樣進(jìn)行光譜分析，從斷口化學(xué)成分看，添加了微合金化元素Nb、Ti，相關(guān)成分符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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?xún)?nèi)：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(dòng)臂耳板斷口部位取樣，進(jìn)行夾雜物分析：粗系A(chǔ)類(lèi)夾雜物：0.5，粗系B類(lèi)夾雜物：0.5，粗系C類(lèi)夾雜物：1.5，粗系D類(lèi)夾雜物：1.0。夾雜物整體較少。

從動(dòng)臂耳板斷口部位取樣，進(jìn)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(jí)之間，無(wú)帶狀組織、魏氏組織，見(jiàn)圖1：

4 斷裂機(jī)理分析及結(jié)論

一般認(rèn)為發(fā)生斷裂的原因主要與脆斷、內(nèi)在質(zhì)量問(wèn)題（內(nèi)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(guān)。

本次70mm規(guī)格Q345B鋼板加工成裝載機(jī)動(dòng)臂耳板，在使用過(guò)程中發(fā)生的斷裂，從金相分析來(lái)看，鋼板的夾雜物級(jí)別不高。經(jīng)顯微組織檢驗(yàn)，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(guān)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(shí)的環(huán)境工況、瞬間高應(yīng)力及組織不均勻有關(guān)：

（1）此裝載機(jī)在我國(guó)東北使用，動(dòng)臂耳板斷裂時(shí)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(dòng)臂耳板部位在裝載機(jī)使用過(guò)程中經(jīng)常處于瞬間高應(yīng)力。

（3）從顯微組織來(lái)看此Q345B鋼板晶粒度較粗大，且分布不均勻。

由于裝載機(jī)的動(dòng)臂耳板受力較復(fù)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(mǎn)足國(guó)標(biāo)的Q345B厚規(guī)格結(jié)構(gòu)鋼板已經(jīng)不能滿(mǎn)足礦山等復(fù)雜工況的使用條件。針對(duì)客戶(hù)對(duì)高品質(zhì)鋼的需求，裝載機(jī)重點(diǎn)部位鋼板應(yīng)采用保探傷、Z向性能鋼板。生產(chǎn)過(guò)程增加VD/RH真空精煉，充分脫氣。在冶煉、連鑄過(guò)程應(yīng)純凈鋼質(zhì)、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(shí)間；粗軋機(jī)軋制要采用高溫低速壓下工藝，在軋機(jī)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(nèi)應(yīng)力，改善內(nèi)在質(zhì)量，以替代目前普通的Q345B厚規(guī)格結(jié)構(gòu)鋼板。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙坤.鋼板Z向拉伸斷裂原因分析[J].寬厚板，2009（5）.

[責(zé)任編輯：湯靜]