建筑配件MK690D鋼折彎開裂原因分析

張盛華， 彭 磊， 潘小靜

(中天鋼鐵集團有限公司， 江蘇 常州 213011)

引 言

建筑及基礎設施建設需要大量的建筑鋼材，中國近年來建筑業及鋼鐵產業飛速發展，隨著人民日益增長的物質文化需求，對建筑用鋼的各方面性能要求也越來越高[1-3]。一些建筑鋼材往往需要折彎后使用，一些折彎缺陷如撕裂、裂紋或斷裂將直接導致材料本體的損毀，一般情況下需要報廢處理，對成本影響較大[4-5]。由MK690D鋼Φ18 mm熱軋圓鋼制造的建筑配件，在冷彎后發現彎曲樣彎曲內側表面出現開裂現象。該配件的制造工藝：原材料下料→攻絲→冷彎。本文通過化學成分、金相及硬度分析方法對開裂原因進行分析。

1 理化檢驗

1.1 MK690D鋼建筑配件開裂宏觀形貌

MK690D鋼折彎樣宏觀形貌如圖1所示，其中1#和2#折彎樣折彎處內側表面均發現有開裂現象，裂紋均為橫向裂紋，都位于折彎處內側表面中間位置；3#折彎樣內側表面未發現存在裂紋缺陷，如圖2-4所示。

圖1 MK960D鋼折彎試樣宏觀形貌

圖2 1#折彎樣折彎內側表面裂紋形貌

1.2 化學成分分析

對MK690D折彎開裂試樣，使用德國超譜公司QSN750型直讀光譜儀進行化學成分分析，結果如表1所示。可見該折彎開裂試樣的化學成份符合MK690D鋼的化學成分規范。

圖3 2#折彎樣折彎內側表面裂紋形貌

表1 折彎開裂試樣的化學成分/%

圖4 3#折彎樣折彎內側表面無缺陷

1.3 金相檢驗

取圖2中1#折彎樣沿缺陷(白色線處)縱向取樣分析，檢驗發現之前宏觀檢驗的橫向裂紋缺陷深約0.07 mm，裂紋缺陷內有灰色氧化物，裂紋周圍無明顯脫碳現象，但發現裂紋兩側有明顯的組織變形流線存在，基體組織為鐵素體+珠光體，如圖5-7所示。

圖5 1#折彎樣裂紋缺陷微觀形貌

取圖3中2#折彎樣沿缺陷(白色線處)縱向取樣分析，檢驗發現裂紋分為兩部分，裂紋缺陷開口處有灰色氧化物存在，裂紋周圍無明顯脫碳現象，但發現裂紋開口處兩側有明顯的組織變形流線存在；裂紋缺陷開口處以下具有應力開裂裂紋特征，裂紋剛直有力，兩側無脫碳及氧化物存在；裂紋缺陷整體深約3.9 mm，基體組織為鐵素體+珠光體，如圖8-13所示。

圖6 1#折彎樣無脫碳的流變組織

圖7 1#折彎樣基體微觀組織

圖8 2#折彎樣裂紋缺陷微觀形貌

圖9 裂紋縫隙的灰色氧化物

圖10 2#折彎樣裂紋缺陷微觀形貌

圖11 2#折彎樣無脫碳的流變組織

圖12 2#折彎樣基體微觀組織

圖13 3#折彎樣基體微觀組織

1.4 硬度檢驗

對3支折彎樣進行布氏硬度檢驗，1#折彎樣硬度值245HBW5/750，2#折彎樣硬度值257HBW5/750，3#折彎樣硬度值250HBW5/750。

2 分析與討論

(1)MK690D鋼折彎樣的化學成分、原材料圓鋼的金相組織均符合要求。

(2)宏觀檢驗分析表明：1#和2#折彎樣折彎處內側表面均發現裂紋缺陷，裂紋均為橫向裂紋，都位于折彎處內側表面中間位置，說明開裂裂紋均與折彎加工有關。3#折彎樣折彎處內側表面未發現存在裂紋缺陷。

(3)金相檢驗分析表明，1#折彎樣內側表面裂紋缺陷深約0.07 mm，裂紋缺陷內有灰色氧化物，裂紋周圍無明顯脫碳現象，但發現裂紋兩側有明顯的組織變形流線存在，組織變形流線的存在說明此裂紋缺陷為受擠壓產生，即此裂紋缺陷實為折彎時產生的內折缺陷(即折疊缺陷)，并非開裂裂紋。2#折彎樣內側表面裂紋缺陷檢驗發現分為兩部分，裂紋缺陷開口處有灰色氧化物存在，裂紋周圍無明顯脫碳現象，但發現裂紋開口處兩側有明顯的組織變形流線存在，說明此開口處裂紋缺陷也與1#試樣一樣為內折缺陷，并非開裂裂紋；裂紋缺陷開口處以下具有應力開裂裂紋特征，裂紋剛直有力，裂紋兩側無脫碳及氧化物存在，說明此處開裂裂紋為開口處內折缺陷形成后受拉應從力內折缺陷處開裂拓展導致。所取3支折彎試樣基體組織均為鐵素體+珠光體，說明組織均正常且無差異。

(4)硬度檢驗分析表明，1#折彎樣硬度值245HBW5/750，2#折彎樣硬度值257HBW5/750，3#折彎樣硬度值250HBW5/750，說明硬度值均正常且差異不大。

綜上所述，根據彎曲試驗的受力分析可知，當試樣彎曲時彎曲內側面受到的是壓應力(即此區域受到的是擠壓或壓縮力)，而彎曲外側面受到的是拉應力(即此區域受到的是拉伸力)，所以一般彎曲過程中的開裂均為彎曲外側面開裂，內側面在彎曲過程中是不會發生開裂的，但如果彎芯過小、彎曲角度過大等異常因素存在則會導致在內側面產生內折缺陷(即折疊缺陷)，如果試樣彎曲完成后內側面產生了折疊缺陷，后因某種因素彎曲試樣又受到了與彎曲方向相反的力(如外折)，則會以內側面的折疊缺陷為應力集中點產生擴展開裂，如2#試樣彎曲內側面裂紋的產生即是如此。所以MK690D鋼折彎樣折彎處內側表面存在的裂紋缺陷可能為折彎過程中產生內折缺陷，后又受到了某種反向彎曲力使內折缺陷拓展開裂導致。

3 結束語

MK690D鋼折彎樣折彎處內側表面存在的裂紋缺陷可能為折彎過程中產生內折缺陷，后又受到了某種反向彎曲力使內折缺陷拓展開裂導致。