22SiMn2 鋼板開裂原因分析

楊偉杰，何水金

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001）

近期某鋼廠發生了1 起鋼板開裂的質量投訴，在鋼板生產過程中以及交付到用戶加工場地時均未發現開裂的情況，但在后續加工使用的過程中陸續發現鋼板存在裂紋。收到投訴后，鋼板生產廠家多次前往加工場地現場處理，并對開裂的鋼板進行取樣分析。

1 現場調查

在收到加工廠的投訴后立即組織專業技術人員到現場進行核實調查，調查發現此次問題鋼板主要用于制作挖掘機、鏟車上叉斗的導板，在加工鉆孔、焊接等多個環節反映出開裂情況，調質后焊接也有出現嚴重裂紋，另外還有幾個叉斗在使用僅幾天也發現了開裂情況，從現場取了3 個裂紋樣回廠組織分析。

2 樣件檢測分析

2.1 開裂試樣金相組織、夾雜物、硬度等分析

從開裂的試樣上對鋼板進行金相組織、夾雜物、硬度等分析，結果見表1。

檢測發現，裂紋沿鋼板切割邊部向基體進行延伸，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

對裂紋處再進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生的延遲裂紋和氫導致的延遲裂紋，二者的主導因素不一樣。

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裂紋在切割加工產生的應力作用下，需要相當長的時間進行裂紋融合、擴展過程，當其尺寸達到斷裂臨界裂縫尺寸，就可能發生斷裂。切割加工裂紋產生存在一定的潛伏期，具有延遲特征，固稱延遲裂紋。

氫導致的裂紋：鋼板內部存在的缺陷提供潛在的裂紋源，在應力的作用下，這些缺陷的前沿會形成應力集中的三向應力區，誘使鋼板中殘留的氫向高應力區擴散，并發生聚集。當氫的含量達到臨界值時，缺陷部位便會發生開裂和相應擴展。同時，在裂紋尖端形成新的三向應力區。其后，氫不斷向新的三向應力區擴散、聚集，當裂紋尖端局部的氫含量達到臨界值時，裂紋又發生新的擴展。這一過程周而復始持續進行，直至形成宏觀裂紋。

表1 開裂試樣金相組織、夾雜物、硬度檢測結果

經現場核實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生裂紋質量問題，基本排除為切割加工導致的延遲裂紋。故而推測此次裂紋為鋼板中H 導致的延遲裂紋。

3 生產工藝調查

對問題鋼板對應爐號的煉鋼工藝，如真空時間、純脫氣時間、軟吹時間等進行調查，均符合工藝要求。由于生產此批鋼時未能進行定H 測試，無法證實此批鋼板脫H 效果如何，但調查中發現在冶煉過程中N 含量未呈下降趨勢（見表2），說明脫氣效果不好。

4 預防措施

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

（1）生產22SiMn2 時，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%，軟吹時間＞8min，冶煉該類鋼種要保留軟吹曲線，生產完成后檢查確認。

表2 問題鋼板對應爐號冶煉過程中N 含量趨勢

（2）生產22SiMn2 時，應確保RH 真空處理時間≥15 min，純脫氣時間≥10 min；

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

5 結 束

通過分析，此次22SiMn2 在加工時發現鋼板開裂，屬于延遲裂紋，而且是H 導致的延遲裂紋，后續鋼廠在生產此類鋼種時采取了相對應的預防措施，保證工序能力，嚴格控制鋼板H 含量，后期未再發生此類開裂的質量投訴。