黃海娥 王志奮 周千學(xué) 楊志婷

（武漢鋼鐵（集團）公司研究院 湖北 武漢：420080）

汽車大梁鋼主要用于汽車車架的縱梁、橫梁等結(jié)構(gòu)件，要求其具有良好的成形、加工性能和抗疲勞強度。某廠生產(chǎn)的厚度為6mm的WL510汽車大梁鋼在冷彎時，在彎背上發(fā)生了開裂，分別利用掃描電鏡和金相顯微鏡對開裂原因進行分析。

1 開裂樣品檢驗

1.1 宏觀檢驗

冷彎開裂缺陷的宏觀形貌見圖1，裂紋沿內(nèi)彎面1／4板厚向內(nèi)開裂，沿開裂方向進行取樣，經(jīng)酒精超聲波清洗后，用Quanta 400掃描電鏡觀察其形貌，斷口有分層現(xiàn)象，微觀形貌為韌窩特征，見圖2。

1.2 金相分析

在彎背開裂處取若干縱、橫截面金相試樣進行顯微觀察，結(jié)果表明，在開裂斷口附近和尾端聚集著大量的夾雜物和夾渣，夾雜物級別分別為A2.5s，B2.5s和C2.5e（依據(jù)國標(biāo)GB／T10561－2005）。掃描電鏡對夾渣進行能譜分析，主要成分為Si、Ca、Al、Ti、Na、Mg等，結(jié)果見圖3和圖4。

試樣經(jīng)3%硝酸酒精浸蝕后觀察，內(nèi)彎面1／4板厚處有一條明顯負(fù)偏析條帶，裂紋沿著負(fù)偏析條帶旁的珠光體聚集區(qū)開裂，見圖5，其它正常部位組織為鐵素體＋珠光體，負(fù)偏析區(qū)的鐵素體晶粒度為10.5級，正常部位的晶粒度為13級，見圖6和圖7。

2 分析與討論

從以上的檢驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，主要是由以下幾種缺陷導(dǎo)致了該汽車大梁鋼的冷彎開裂：

（1）開裂部位附近存在著大量硫化物、氧化物和硅酸鹽類夾雜物，而且夾雜物的數(shù)量級別較高。當(dāng)材料中夾雜物尤其是脆性（幾乎無塑性）硫化物、氧化物夾雜物大量存在時，會影響材料的整體性，降低材料的塑性［1］，金屬在常溫變形時，長條狀夾雜與受力方向垂直，對金屬基體起著割裂作用，破壞了金屬基體的連續(xù)性產(chǎn)生應(yīng)力集中，使金屬產(chǎn)生顯微孔隙并隨著外力的繼續(xù)逐步連接發(fā)展為裂紋源［2］，在受外力作用下會在夾雜物處造成應(yīng)力集中，對材料的冷彎性能產(chǎn)生不利影響。

（2）在裂紋附近及尾端存在著大量以氧化物條帶狀存在的內(nèi)部夾渣。內(nèi)部夾渣主要是由于被卷入鋼水中未熔化的保護渣粉或上浮的大顆粒夾雜聚集造成的，在鋼水連鑄過程中隨保護渣進入鋼坯，保護渣是影響連鑄板坯表面縱裂重要因素之一，粗大的條帶狀夾渣引起鋼的各向異性，而且與基體的結(jié)合性較差，在冷彎的過程中容易成為開裂的擴展源。

（3）板厚方向上的組織不均勻。裂紋沿著負(fù)偏析條帶旁的珠光體聚集區(qū)開裂，而在金相顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋附近也聚集分布著大量的夾渣，在生產(chǎn)過程中，一般使用的是含碳粉的保護渣，保護渣進入鋼水后，導(dǎo)致裂紋附近局部碳含量的增加，最終形成了裂紋附近以珠光體為主的顯微組織，而珠光體的塑性較低，在冷彎過程中，裂紋容易沿著珠光體聚集區(qū)開裂。

（4）負(fù)偏析條帶也是產(chǎn)生開裂的一個原因，鋼中負(fù)偏析（鐵素體）條帶一般是與（Mn、Fe）S共存的，（Mn、Fe）S具有較高的熔點，是在鐵素體形成以前較高的溫度下形成的，這些硫化物在鋼的奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變過程中，成為鐵素體的形核核心。隨著軋制過程的進行，鋼體沿縱向伸長，集中分布的硫化物成鏈狀拉開，以它們?yōu)樾魏撕诵牡蔫F素體在長大過程中相互連結(jié)，形成鐵素體條帶狀偏析。由于硫化物形成時需要較多的錳，所以在條帶中的鐵素體晶粒中的含錳量低于基體中鐵素體的含錳量。這種偏析破壞了鋼鐵組織結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，造成微觀各部力學(xué)性能的不均勻。鋼在冷彎變形過程中，產(chǎn)生微裂紋，進而作為裂紋源產(chǎn)生應(yīng)力集中，使之?dāng)U大形成宏觀裂紋。

綜上所述，在冶煉WL510鋼種時，應(yīng)提高鋼水的純凈度，降低磷、硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氧、氮的體積分?jǐn)?shù)，脫氧完全并保證吹氬和夾雜物上浮的時間，嚴(yán)格控制夾雜物的數(shù)量和尺寸。在連鑄過程中，提高擋渣出鋼效果，減少下渣量，連鑄不同鋼種時要及時更好中間包，做好鑄坯的切頭切尾。

3 結(jié)論

（1）WL510鋼冷彎開裂的主要原因是由于存在夾雜物和夾渣。

（2）夾渣引起了鋼的顯微組織不均勻。

［1］ 陳茂敬.510L汽車大梁鋼冷彎開裂原因分析［J］.大型鑄鍛件，2008，（1）：40－42.

［2］ 陳 勇，邱雙全，張愛梅.Q235B熱軋卷板冷彎開裂的原因分析［J］.新疆鋼鐵，2007，101（1）：11－13.