Page 77 - 理化检验-物理分册2023年第九期

何 婷, 等: 某宽厚钢板等离子切割开裂原因

表2 不同厚度处基体组织的硬度测试结果 HV 温度, 使马氏体转变能力增强。此外, 碳元素本身可
测试位置 实测值 平均值 以抑制马氏体的自回火效应, 提高马氏体的回火抗
表面 323.2 333.1 294.1 292.3 294.3 307.4 力和稳定性, 从而造成偏析带的硬度升高。低合金

1 / 4厚度处 311.1 311.5 348.4 331.5 316.9 323.9 钢焊接热影响区允许的最高硬度为 350HV , 当材
1 / 2厚度处 313.3 293.2 282.9 313.5 327 306.0 料的硬度超过该临界值时, 热影响区的冷裂倾向增
3 / 4厚度处 314.3 309.5 291.9 295.2 282.5 298.7 大。等离子切割钢板表面和中心的冷却速率不同,
进而产生了热应力; 回火马氏体和淬火马氏体的转
表3 不同厚度处淬硬层的硬度测试结果 HV
变, 使组织产生了应力; 偏析带中硬度较高、 塑性较
测试位置 实测值 平均值
差, 存在长条状的硫化物夹杂, 在热应力和组织应力
1 / 4厚度处 395.1 411.8 392.5 417.0 421.7 407.6
的共同作用下, 最终导致钢板发生开裂。
正常组织 437.2 415.5 411.5 432.3 424.9 424.3
1 / 2厚度处
偏析带 494.2 490.7 481.8 532.1 584.2 516.2 3 结论与建议
3 / 4厚度处 394.8 409.7 386.9 402.3 402.5 399.2 钢板1 / 2厚度处存在密集的偏析带, 且偏析带

中存在一定量的夹杂, 使得该区域的塑性和韧性变
2 综合分析 差, 偏析带在等离子切割后硬度升高, 形成了脆硬的

淬硬层, 在热应力和组织应力的综合作用下, 最终导
在铸件奥氏体化过程中, C元素扩散速率较快,
致钢板发生开裂。
Mn 、 Si 等元素扩散速率较慢, 因此易产生带状偏
析 [ 6 ] 。轧制时, 奥氏体转变温度较高的偏析带内会 用户需要根据钢板的实际用途权衡其是否需要
增加性能指标评价。切割并缓慢冷却钢板, 降低淬
先共析铁素体, 奥氏体转变温度较低的偏析带内转
火应力。切割高强钢板时, 尽量选择在白天温度较
变滞后, 会共析出珠光体并形成铁素体+珠光体带
高的时间段, 避开温度较低的夜晚, 从而在一定程度
状组织。在钢水连续浇注过程中, C 、 Mn 、 Ni 、 Mo 、 S
上降低因冷却速率过快而导致的高淬硬倾向。钢板
等元素以及硅酸盐类杂质不断在母液中富集, 在钢
切割完毕应及时对淬硬层的微裂纹进行打磨, 以防
水内部形成了杂质浓度较高的偏析层。轧制时, 偏
止微裂纹因吸附水分而产生铁锈。
析层沿轧制方向挤压成型, 形成了长条状偏析带, 使
硫化物等夹杂物密集分布, 不同区域存在温度差异, 参考文献:
最终生成塑性和韧性较差的组织 [ 7-8 ] 。
[ 1 ] 李春雨, 刘志勇. 压力容器用中厚板 Q345R 探伤不合
裂纹在夹杂处萌生的原因为: 夹杂物与基体的
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结构不同, 破坏了基体的连续性, 在夹杂物与基体交
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界处产生应力集中, 为微裂纹的萌生提供了条件; 夹
预防措施[ J ] . 上海金属, 2018 , 40 ( 4 ): 35-39.
杂物与基体金属之间的弹性和塑性不同, 等离子切 [ 3 ] 黄岩, 于海岐, 田永久, 等. 宽厚板高碳钢边部裂纹缺
割及冷却速率较快, 且热应力分布不均匀, 导致夹杂 陷控制[ J ] . 鞍钢技术, 2020 ( 3 ): 50-53.
物和基体间的界面在张应力作用下产生裂纹; 钢板 [ 4 ] 张大治, 王皓, 宿成, 等. 宽厚板典型表面缺陷及其控
中心的偏析带为富碳区域, 富碳区域组织的塑性和 制[ J ] . 钢铁研究, 2017 , 45 ( 5 ): 29-32.
韧性较差, 最终导致裂纹萌生 [ 9 ] 。 [ 5 ] 周思宇, 蔡静, 张重远, 等. 维氏硬度试验压痕对角线
由硬度测试结果可知: 淬硬层的硬度比基体组 判定的美标与国际对比[ J ] . 理化检验( 物理分册),
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织重新发生奥氏体化, 在较快的冷却速率下发生马
[ J ] . 宽厚板, 2020 , 26 ( 1 ): 31-33.
氏体转变, 且马氏体转变较完全; 而后产生的自回火
[ 7 ] 岳冉, 江杰. 宽厚板超声波探伤信号处理方法研究
过程造成马氏体转变后硬度略有下降。因此, 等离
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子切割面发生淬火+自回火, 导致淬硬层的硬度比 [ 8 ] 杨斌, 刘国波, 管亚军. 中厚钢板探伤缺陷的成因分析
调质后基体组织的硬度大。 1 / 2厚度处偏析带中存 及工艺改进[ J ] . 特种设备安全技术, 2017 ( 5 ): 51-53.
在严重的碳偏析, 在淬火加热过程中, 形成的奥氏体 [ 9 ] 陈长芳, 许建飞. 中厚板带状裂纹分析及研究[ J ] . 华
基体必然也存在碳偏析, 从而降低了马氏体的形成 北理工大学学报( 自然科学版), 2019 , 41 ( 3 ): 54-59.

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