羅麗梅

（福建三鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，福建 三明 365000）

1 火切裂紋產(chǎn)生的機(jī)理簡(jiǎn)述

1.1 機(jī)理

火切時(shí)或火切后的鋼板切口斷面表層和心部具有溫度差，因體積膨脹和收縮不均勻而產(chǎn)生熱應(yīng)力[1]，熱應(yīng)力隨著約束程度的增加而增大。由熱應(yīng)力σ=αΔT（α為鋼板的線膨脹系數(shù)，ΔT為鋼板的溫升）可知，鋼板火切時(shí)，初始溫度越低，火切前后溫度變化ΔT越大，火切時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力越大。此外，鋼板火切時(shí)火切端面組織也會(huì)發(fā)生變化，因不同組織體積變化不一致而產(chǎn)生組織應(yīng)力，鋼板火切后熱應(yīng)力和組織應(yīng)力共同作用產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過(guò)鋼板的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起鋼板變形，而當(dāng)超過(guò)鋼板的強(qiáng)度極限時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致材料開裂[2]。

1.2 冷卻過(guò)程中內(nèi)應(yīng)力的主要影響因素

影響火切后冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大小的因素有很多，現(xiàn)對(duì)主要影響因素進(jìn)行分析。

1.2.1 初始溫度

初始溫度越低，火切后內(nèi)應(yīng)力越大。

1.2.2 冷卻速率

冷卻速率越大，火切后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力越大，反之越小。其基本機(jī)理是：金屬原子在高溫下運(yùn)動(dòng)劇烈，金屬原子存在回復(fù)過(guò)程，回復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，內(nèi)應(yīng)力就越小。

1.2.3 火切件的形狀

火切件的形狀影響局部?jī)?nèi)應(yīng)力，會(huì)使工件局部位置內(nèi)應(yīng)力增大。對(duì)于平直板材，這一影響因素主要反映為火切口的平齊狀況，其機(jī)理如圖1所示。

圖1 線的密度代表內(nèi)應(yīng)力大小

1.2.4 火切件尺寸

對(duì)于板材來(lái)說(shuō)，火切后，尺寸越厚，存在局部?jī)?nèi)應(yīng)力大的可能性越大，尺寸越薄就越容易通過(guò)變形釋放。

2 金相檢測(cè)分析與結(jié)果

2.1 宏觀形貌

送檢1號(hào)開裂試樣宏觀形貌如圖2所示，由此可以看出，試樣裂紋垂直于火切面，火切面較平整。

圖2 送檢1號(hào)開裂試樣宏觀照片

送檢2號(hào)、3號(hào)開裂試樣宏觀形貌如圖3、圖4所示，由圖3、圖4可以看出，試樣裂紋垂直于火切面，火切面不平整，裂紋有一段沿明顯的火切紋理擴(kuò)展。

圖3 送檢2號(hào)開裂試樣宏觀照片

圖4 送檢3號(hào)開裂試樣宏觀照片

2.2 高倍檢驗(yàn)

在垂直于火切面的開裂處取金相試樣，金相檢驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)表1所示，送檢開裂試樣金相組織如下頁(yè)圖5所示。

表1 送檢試樣裂紋處檢驗(yàn)結(jié)果

圖5 送檢開裂樣金相檢測(cè)

對(duì)2號(hào)與3號(hào)送檢試樣兩側(cè)火切邊情況的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知，如下頁(yè)圖6所示。從圖6中可以看出有裂紋的火切邊不平整，沒(méi)有裂紋的火切邊平整。

圖6 送檢開裂樣火切邊金相檢測(cè)

2.3 顯微組織檢驗(yàn)

送檢試樣橫截面金相檢查結(jié)果如下頁(yè)表2所示，送檢樣橫向金相組織如圖7所示。

圖7 送檢樣橫向金相檢測(cè)

3 討論

3.1 試樣火切裂紋產(chǎn)生的原因分析

1）1號(hào)試樣火切面較平整，試樣裂紋處組織晶粒異常粗大，試樣端部開裂的裂紋為應(yīng)力裂紋。試樣火切裂紋的產(chǎn)生與試樣裂紋處組織晶粒粗大引起的板材塑性差有關(guān)。

2）2號(hào)試樣火切質(zhì)量不佳（火切面不平整），裂紋頭部位于火切面深溝處，試樣裂紋處組織晶粒正常，得出試樣端部開裂的裂紋為應(yīng)力裂紋，火切質(zhì)量不佳（火切面不平整）是裂紋產(chǎn)生的主要誘因，試樣裂紋處組織晶粒局部粗大對(duì)其塑性也有影響。

3.2 晶粒粗大產(chǎn)生的原因分析

1）從送檢樣橫向金相檢測(cè)分析（圖7）可以看出，1號(hào)、3號(hào)和4號(hào)試樣金相顯微組織呈混晶現(xiàn)象，2號(hào)試樣金相顯微組織正常。

2）由于軋后鋼板處在奧氏體區(qū)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致奧氏體晶粒異常長(zhǎng)大。即個(gè)別晶粒異常粗大，粗大晶粒周圍存在很多小晶粒，這些小晶粒為正常晶粒，這種晶粒反常長(zhǎng)大的特征符合二次再結(jié)晶條件。二次再結(jié)晶是在特殊條件下晶粒的長(zhǎng)大過(guò)程，只有加熱超過(guò)一定的溫度（稍高于相變溫度）后，在此溫度區(qū)間停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間才能發(fā)生。在這種情況下，金相組織易產(chǎn)生混晶現(xiàn)象，而1、3、4號(hào)試樣的金相組織就符合這個(gè)特征。

3）坯體在爐中過(guò)燒、過(guò)熱或處于高溫條件時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使坯體的晶粒異常長(zhǎng)大，一般表現(xiàn)為在鋼板的某一區(qū)域晶粒相對(duì)均勻粗大，且常伴有晶界弱化現(xiàn)象，而從圖7中的試樣金相組織情況來(lái)看，與該情況不符。

4）經(jīng)分析可知，個(gè)別晶粒異常粗大是由于晶粒發(fā)生二次再結(jié)晶而異常長(zhǎng)大導(dǎo)致的。

4 結(jié)論

45鋼厚板火切后端部開裂的裂紋為應(yīng)力裂紋，與試樣組織晶粒粗大引起的板材塑性差有關(guān)，且火切質(zhì)量不佳（火切面不平整）是裂紋產(chǎn)生的主要誘因。

5 預(yù)防措施

從減少火切面應(yīng)力的角度考慮，常采取的預(yù)防措施有：進(jìn)行帶溫切割或烘烤切割，提高火切的初始溫度[3-4]；火切后對(duì)火切口采取保溫措施（如蓋隔熱棉），減緩火切口的冷卻速率，從而使火切后產(chǎn)生的熱應(yīng)力得以釋放；改進(jìn)火切質(zhì)量，盡可能使火切面平齊，減少火切面深溝的產(chǎn)生，以避免熱應(yīng)力集中，從而達(dá)到減少裂紋產(chǎn)生的目的。

從提高板的內(nèi)在質(zhì)量角度考慮，應(yīng)從消除二次再結(jié)晶產(chǎn)生混晶的條件出發(fā)，避免產(chǎn)生粗大晶粒。二次再結(jié)晶產(chǎn)生混晶的條件為軋后鋼板處在相變溫度附近的時(shí)間較長(zhǎng)。因此，只要適當(dāng)調(diào)整軋后溫度或者改變軋后冷卻速率，即可消除混晶現(xiàn)象的產(chǎn)生。