張盛華， 彭 磊， 潘小靜

(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司， 江蘇 常州 213011)

引 言

建筑及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要大量的建筑鋼材，中國(guó)近年來(lái)建筑業(yè)及鋼鐵產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，隨著人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，對(duì)建筑用鋼的各方面性能要求也越來(lái)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(dǎo)致材料本體的損毀，一般情況下需要報(bào)廢處理，對(duì)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(fā)現(xiàn)彎曲樣彎曲內(nèi)側(cè)表面出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。該配件的制造工藝：原材料下料→攻絲→冷彎。本文通過(guò)化學(xué)成分、金相及硬度分析方法對(duì)開(kāi)裂原因進(jìn)行分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 MK690D鋼建筑配件開(kāi)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(nèi)側(cè)表面均發(fā)現(xiàn)有開(kāi)裂現(xiàn)象，裂紋均為橫向裂紋，都位于折彎處內(nèi)側(cè)表面中間位置；3#折彎樣內(nèi)側(cè)表面未發(fā)現(xiàn)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(nèi)側(cè)表面裂紋形貌

1.2 化學(xué)成分分析

對(duì)MK690D折彎開(kāi)裂試樣，使用德國(guó)超譜公司QSN750型直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示?？梢?jiàn)該折彎開(kāi)裂試樣的化學(xué)成份符合MK690D鋼的化學(xué)成分規(guī)范。

圖3 2#折彎樣折彎內(nèi)側(cè)表面裂紋形貌

表1 折彎開(kāi)裂試樣的化學(xué)成分/%

圖4 3#折彎樣折彎內(nèi)側(cè)表面無(wú)缺陷

1.3 金相檢驗(yàn)

取圖2中1#折彎樣沿缺陷(白色線處)縱向取樣分析，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)之前宏觀檢驗(yàn)的橫向裂紋缺陷深約0.07 mm，裂紋缺陷內(nèi)有灰色氧化物，裂紋周?chē)鸁o(wú)明顯脫碳現(xiàn)象，但發(fā)現(xiàn)裂紋兩側(cè)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(yàn)發(fā)現(xiàn)裂紋分為兩部分，裂紋缺陷開(kāi)口處有灰色氧化物存在，裂紋周?chē)鸁o(wú)明顯脫碳現(xiàn)象，但發(fā)現(xiàn)裂紋開(kāi)口處兩側(cè)有明顯的組織變形流線存在；裂紋缺陷開(kāi)口處以下具有應(yīng)力開(kāi)裂裂紋特征，裂紋剛直有力，兩側(cè)無(wú)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(wú)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(wú)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(yàn)

對(duì)3支折彎樣進(jìn)行布氏硬度檢驗(yàn)，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(xué)成分、原材料圓鋼的金相組織均符合要求。

(2)宏觀檢驗(yàn)分析表明：1#和2#折彎樣折彎處內(nèi)側(cè)表面均發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，裂紋均為橫向裂紋，都位于折彎處內(nèi)側(cè)表面中間位置，說(shuō)明開(kāi)裂裂紋均與折彎加工有關(guān)。3#折彎樣折彎處內(nèi)側(cè)表面未發(fā)現(xiàn)存在裂紋缺陷。

(3)金相檢驗(yàn)分析表明，1#折彎樣內(nèi)側(cè)表面裂紋缺陷深約0.07 mm，裂紋缺陷內(nèi)有灰色氧化物，裂紋周?chē)鸁o(wú)明顯脫碳現(xiàn)象，但發(fā)現(xiàn)裂紋兩側(cè)有明顯的組織變形流線存在，組織變形流線的存在說(shuō)明此裂紋缺陷為受擠壓產(chǎn)生，即此裂紋缺陷實(shí)為折彎時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)折缺陷(即折疊缺陷)，并非開(kāi)裂裂紋。2#折彎樣內(nèi)側(cè)表面裂紋缺陷檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)分為兩部分，裂紋缺陷開(kāi)口處有灰色氧化物存在，裂紋周?chē)鸁o(wú)明顯脫碳現(xiàn)象，但發(fā)現(xiàn)裂紋開(kāi)口處兩側(cè)有明顯的組織變形流線存在，說(shuō)明此開(kāi)口處裂紋缺陷也與1#試樣一樣為內(nèi)折缺陷，并非開(kāi)裂裂紋；裂紋缺陷開(kāi)口處以下具有應(yīng)力開(kāi)裂裂紋特征，裂紋剛直有力，裂紋兩側(cè)無(wú)脫碳及氧化物存在，說(shuō)明此處開(kāi)裂裂紋為開(kāi)口處內(nèi)折缺陷形成后受拉應(yīng)從力內(nèi)折缺陷處開(kāi)裂拓展導(dǎo)致。所取3支折彎試樣基體組織均為鐵素體+珠光體，說(shuō)明組織均正常且無(wú)差異。

(4)硬度檢驗(yàn)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(shuō)明硬度值均正常且差異不大。

綜上所述，根據(jù)彎曲試驗(yàn)的受力分析可知，當(dāng)試樣彎曲時(shí)彎曲內(nèi)側(cè)面受到的是壓應(yīng)力(即此區(qū)域受到的是擠壓或壓縮力)，而彎曲外側(cè)面受到的是拉應(yīng)力(即此區(qū)域受到的是拉伸力)，所以一般彎曲過(guò)程中的開(kāi)裂均為彎曲外側(cè)面開(kāi)裂，內(nèi)側(cè)面在彎曲過(guò)程中是不會(huì)發(fā)生開(kāi)裂的，但如果彎芯過(guò)小、彎曲角度過(guò)大等異常因素存在則會(huì)導(dǎo)致在內(nèi)側(cè)面產(chǎn)生內(nèi)折缺陷(即折疊缺陷)，如果試樣彎曲完成后內(nèi)側(cè)面產(chǎn)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(huì)以?xún)?nèi)側(cè)面的折疊缺陷為應(yīng)力集中點(diǎn)產(chǎn)生擴(kuò)展開(kāi)裂，如2#試樣彎曲內(nèi)側(cè)面裂紋的產(chǎn)生即是如此。所以MK690D鋼折彎樣折彎處內(nèi)側(cè)表面存在的裂紋缺陷可能為折彎過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)折缺陷，后又受到了某種反向彎曲力使內(nèi)折缺陷拓展開(kāi)裂導(dǎo)致。

3 結(jié)束語(yǔ)

MK690D鋼折彎樣折彎處內(nèi)側(cè)表面存在的裂紋缺陷可能為折彎過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)折缺陷，后又受到了某種反向彎曲力使內(nèi)折缺陷拓展開(kāi)裂導(dǎo)致。