A572Gr50鋼折彎開裂原因分析

郭海峰，張志克，張植偉

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司連鑄連軋廠，河北邯鄲065015）

0 引言

A572Gr50是美國鋼鐵工程協(xié)會ASTM A572/A572M-93標(biāo)準(zhǔn)中50 kg級別的高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于建筑、橋梁、船舶、車輛及其它重要焊接結(jié)構(gòu)中，具有較高的強(qiáng)度、良好的韌性及焊接性能。但其在深加工過程中容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，為了減少由此造成的損失，對某批次的開裂產(chǎn)品進(jìn)行了分析。

1 折彎開裂產(chǎn)品的基本情況

開裂產(chǎn)品的軋制尺寸為7.75 mm×1 500 mm，加工工藝為90°折彎，用途為卡車二道梁。板卷全部縱剪分條，加工5條，有3條開裂，開裂處位于產(chǎn)品的90°折彎R角，裂紋比較明顯，肉眼可見（見圖1）。

圖1 開裂形貌

2 對開裂樣品做實(shí)驗(yàn)分析

我們把帶回的開裂樣品切成4個(gè)試樣，試樣1，2進(jìn)行力學(xué)分析，試樣3進(jìn)行拋光態(tài)和腐蝕態(tài)分析，試樣4進(jìn)行成份檢驗(yàn)。

2.1 力學(xué)性能分析

在開裂樣板上截取兩個(gè)試樣，分別做拉力、彎曲（正反2根）性能測試，分析開裂樣品的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率，結(jié)果見表1。

表1 開裂樣品的力學(xué)性能分析

分析結(jié)果：從表1可以看出，開裂樣品的力學(xué)性能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。屈服強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)要求高29MPa，抗拉強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)要求85MPa，延伸率25%合格，彎曲性能D=a合格。

2.2 金相分析

通過對圖1所示的折彎開裂產(chǎn)品缺陷進(jìn)行典型樣取樣，與開裂方向垂直進(jìn)行切樣，進(jìn)行制樣，采用金相顯微鏡進(jìn)行缺陷組織分析，金相顯微鏡下觀察拋光態(tài)，結(jié)果見圖2。

圖2 裂紋缺陷組織圖

通過對金相裂紋組織用4%硝酸酒精溶液腐蝕，在金相顯微鏡下觀察，結(jié)果見圖3。

圖3 裂紋缺陷腐蝕態(tài)缺陷組織

金相分析結(jié)果：裂紋兩側(cè)存在高溫氧化物質(zhì)點(diǎn)，裂紋內(nèi)部填充大量高溫氧化鐵，初步推斷缺陷產(chǎn)生于連鑄坯表面。裂紋兩側(cè)組織脫碳明顯，組織晶粒與帶鋼正常組織相比偏大，進(jìn)一步說明裂紋缺陷產(chǎn)生于連鑄坯上，在加熱爐過程中裂紋受高溫環(huán)境影響，組織發(fā)生脫碳并長大。

2.3 在開裂處取樣做成分檢驗(yàn)

從開裂樣品上再截取一段試樣，表面用砂紙打磨到可以檢測的光潔度，然后對試樣進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果 /%

檢驗(yàn)結(jié)果：表2可以看出，所有成分均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但是C、S的含量達(dá)到了要求的上限。C元素的標(biāo)準(zhǔn)要求是小于0.23%,開裂樣品的C含量正好是0.23%，S元素的標(biāo)準(zhǔn)要求是0.008%，開裂樣品的S含量是0.008%。還有Cu元素，雖然沒有對含量做出具體要求，但是Cu含量偏高，達(dá)到了0.019%。

3 開裂原因綜合分析

通過查看相關(guān)文獻(xiàn)和論文，陳尹澤等人的《鋼板折彎開裂原因分析及改進(jìn)措施》、于洋等人的《高強(qiáng)汽車大梁鋼沖壓開裂原因及機(jī)制》、韓孝永等人《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼A572Gr50的研制》，開裂原因大致可以分為：帶鋼組織粗大，晶界處有大顆粒滲碳體析；夾雜物超標(biāo)和鑄坯氣泡破壞了鋼基體的連續(xù)性；鑄坯內(nèi)部存在細(xì)小的裂紋等[1]。

趙偉雋等人的《SPA-H鋼冷彎開裂研究及工藝改進(jìn)》一文中指出：C含量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度增加，但塑性和沖擊性能降低；Cu的熔點(diǎn)較低，含Cu量較高的板坯在加熱爐長時(shí)間加熱保溫后，可能會在鑄坯表面的氧化鐵皮下形成裂紋；S是非金屬元素，容易和金屬元素結(jié)合形成硫化物夾雜，對鋼材的成型性能和疲勞性能產(chǎn)生不利影響[2]。

結(jié)合成分的檢驗(yàn)結(jié)果（C、S、Cu含量高）和金相分析結(jié)果（開裂裂口附近有小裂紋）分析，折彎開裂主要是因?yàn)镃、S、Cu含量較高，在鑄坯凝固過程中就已經(jīng)產(chǎn)生細(xì)小的裂紋，軋制后裂紋擴(kuò)展延伸，加工折彎過程中開裂。一個(gè)板卷3條開裂，2條正常，可能是中心偏析造成成分不均勻。

4 結(jié)論

A572Gr50折彎開裂的原因是多方面的，造成此次開裂主要是因?yàn)镃、S、Cu元素含量偏高。從工藝操作上進(jìn)一步降低鋼水中C含量的內(nèi)控要求至≤0.21%,降低S含量的內(nèi)控要求至≤0.07%，精煉靜吹時(shí)間由原來的5 min延長至7 min，使CaS充分上浮，保證脫硫效果。加強(qiáng)廢鋼的檢測，嚴(yán)格控制廢鋼的加入量，盡可能地減少Cu元素含量。加強(qiáng)鑄坯表面檢驗(yàn)，將缺陷產(chǎn)品控制在廠內(nèi)，減少損失。