南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司 （湖南 412001） 劉海蘭 陳智江 龔蘭芳

Q345B鋼是GB/T1591－1994《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》中的一個(gè)重要牌號(hào)，具有高強(qiáng)度、良好塑性及低溫沖擊韌度，可作為重要焊接結(jié)構(gòu)件使用，也是機(jī)車(chē)車(chē)體中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)鋼品種。但我公司在對(duì)某批次板厚為6mmQ345B鋼板進(jìn)行冷彎成形時(shí)，在90°折彎處發(fā)現(xiàn)鋼板有開(kāi)裂現(xiàn)象，為查明原因，對(duì)開(kāi)裂鋼板進(jìn)行理化檢驗(yàn)，送檢試樣如圖1所示。

圖1 開(kāi)裂鋼板宏觀形貌

1.試驗(yàn)部分

（1）化學(xué)成分分析 在開(kāi)裂的鋼板上取樣，用SPECTROLAB直讀光譜儀對(duì)彈簧進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果符合GB/T1591－1994《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》中的化學(xué)成分要求。

（2）宏觀斷口分析 開(kāi)裂發(fā)生在鋼板呈90°折彎處，裂紋長(zhǎng)度70mm，斷口為木紋狀斷口，有明顯的分層現(xiàn)象。

（3）金相分析 垂直鋼板裂紋取截面試樣，試樣研磨后經(jīng)酸蝕后觀察，發(fā)現(xiàn)鋼板截面上有兩條顏色呈灰黑色的偏析帶，一條較窄的偏析帶（稱為偏析帶1）位于鋼板中心，另一條較寬的偏析帶（稱為偏析帶2）位于距鋼板最大變形表面約1.0mm處，如圖2所示。

圖2 偏析帶宏觀形貌

在GX71金相顯微鏡下觀察，可見(jiàn)裂紋有沿偏析帶2擴(kuò)展延伸趨勢(shì)，如圖3所示。偏析帶2中的組織為呈帶狀分布的珠光體和鐵素體，并可見(jiàn)偏析帶內(nèi)有較多的非金屬夾雜物，以及由于在外力作用沿非金屬夾雜物形成的微裂紋，如圖4、圖5所示。鋼板的基體組織為鐵素體+珠光體，非金屬夾雜物明顯少于偏析帶2（見(jiàn)圖6）。鋼板中心的偏析帶1中的基體組織也為帶狀珠光體和鐵素體，但帶寬較窄，非金屬夾雜物也少于偏析帶2，如圖7所示。

圖3 裂紋沿偏析帶擴(kuò)展

圖4 偏析帶2的顯微組織與非金屬夾雜物形貌

圖5 沿非金屬夾雜物形成的微裂紋形貌

圖6 基體組織形貌

圖7 中心偏析帶1的組織形貌

（4）硬度測(cè)試 用HM211維氏硬度計(jì)對(duì)鋼板基體和偏析帶2的硬度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如附表所示。

維氏硬度測(cè)試結(jié)果 （HV）

由附表可知，偏析帶2上的硬度較基體組織的硬度高。

2.分析與討論

分析結(jié)果表明，鋼板中存在明顯的帶狀偏析，特別是在距表面1.0mm處的帶狀偏析較嚴(yán)重，偏析帶內(nèi)分布有較多的非金屬夾雜物，且硬度較基體組織高。

帶狀偏析是鋼錠凝固時(shí)的枝晶偏析經(jīng)軋制形成的，鋼液凝固時(shí)溶質(zhì)元素在樹(shù)枝晶臂之間富集偏聚，碳和合金元素偏析、非金屬夾雜物等缺陷都聚集在此。熱軋時(shí)表面等軸晶區(qū)和內(nèi)部柱狀晶區(qū)都被拉長(zhǎng)，冷卻時(shí)各區(qū)域溶質(zhì)元素濃度不同，使得相應(yīng)區(qū)域相變溫度不同，冷卻后該區(qū)域的組織也出現(xiàn)不同，如碳和合金元素含量較高，將導(dǎo)致珠光體含量增加，硬度增高。熱軋后帶狀組織沿軋制方向偏析，會(huì)影響鋼板橫向性能的連續(xù)性，使得橫向塑性變差。圖3中顯示斷裂過(guò)程中裂紋沿帶狀組織擴(kuò)展延伸，表明帶狀偏析在受力過(guò)程中是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。一般鋼板的偏析帶出現(xiàn)在中心區(qū)域，而在該批次鋼板中，在距離鋼板折彎變形最大的表面約1.0mm處還有一條較中心偏析帶更為嚴(yán)重的組織偏析帶，其珠光體含量較高，使得鋼板的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性變差。鋼板在折彎時(shí)，由于表層鐵素體含量較高，基體組織較軟，會(huì)首先產(chǎn)生滑移位錯(cuò)，滑移帶在遇到硬度較高的偏析組織區(qū)域時(shí)受到阻礙，從而萌生裂紋，導(dǎo)致鋼板開(kāi)裂。

此外，偏析帶內(nèi)分布較嚴(yán)重的非金屬夾雜物也是影響鋼板冷彎性能的另一個(gè)主要因素，非金屬夾雜物破壞了金屬基體的連續(xù)性，降低了鋼材的塑性，并易在非金屬夾雜物處形成應(yīng)力集中，在鋼板受力變形時(shí)，是微裂紋的發(fā)源地（見(jiàn)圖5）。

由于帶狀組織偏析是鋼錠凝固時(shí)的枝晶偏析經(jīng)軋制而形成的，而枝晶偏析正好也是非金屬夾雜物的聚集區(qū)，所以帶狀組織偏析和非金屬夾雜物相互伴生，共同作用使得鋼板的冷彎性能變差。

3.結(jié)語(yǔ)

Q345B鋼板中存在的較嚴(yán)重帶狀組織偏析，以及偏析帶內(nèi)聚集的非金屬夾雜物破壞了鋼板橫向性能的連續(xù)性，是導(dǎo)致鋼板冷彎成形時(shí)開(kāi)裂的主要原因。

（20130108）