Q345B动臂耳板断裂分析

张尔康

（济南钢铁集团有限公司，山东 济南250101）

0 前言

某厂家组装的装载机，在使用过程中动臂耳板出现断裂，此动臂耳板为70mm 规格的Q345B 钢板制作，为改进钢板生产工艺，避免此类现象再次发生，对钢板生产过程及耳板断裂机理进行了相关分析和研究。

1 生产工艺分析

1.1 生产工艺

70mm 厚度Q345B 钢板生产工艺：KR→转炉冶炼→CAS→LF→连铸→连铸坯下线堆垛缓冷24 小时→板坯加热→轧制→矫直→空冷→切割→标记→检验→入库。

对制作动壁耳板的钢板生产过程进行追溯： 炼钢过程中在CAS站吹氩≥10min，LF 精炼进站及出站温度满足连铸工艺及温降要求，造白渣处理，喂线结束后软吹时间≥10min，连铸时拉速正常。 轧制时各道次压下量、开轧温度、终轧温度等关键参数均在正常范围内。铸坯C 类偏析2.0 以下，中心疏松0.5 以下，无中间裂纹，无表面缺陷。

1.2 熔炼成分

查询钢板熔炼成分记录：C 含量0.15%；Si 含量0.36%；Mn 含量1.40%；P 含 量0.019%；S 含 量0.010%；Nb 含 量0.030%；Ti 含 量0.025%；Als 含量0.028%。 熔炼成分符合生产厂内控标准及GB/T1591-2008 规定。

1.3 力学性能

查询钢板出厂力学性能检验记录，屈服强度ReL：344MPa；抗拉强度Rm：520MPa， 伸长率：23.5%；20℃纵向V 型冲击功：44.8J、46.1J、52.8J；横向冷弯试验合格。 符合GB/T1591-2008 规定，但冲击功值相对偏低。

2 断口化学成分分析

从断口附近取样进行光谱分析，从断口化学成分看，添加了微合金化元素Nb、Ti，相关成分符合国家标准要求，与钢板原始熔炼成分差别不大， 在正常的熔炼、 成品成分偏差允许范围以内：C 含量0.15%；Si 含量0.37%；Mn 含量1.39%；P 含量0.016%；S 含量0.012%；Nb 含量0.034%；Ti 含量0.021%；Als 含量0.025%。

3 夹杂物及金相组织分析

从动臂耳板断口部位取样， 进行夹杂物分析： 粗系A 类夹杂物：0.5， 粗系B 类夹杂物：0.5， 粗系C 类夹杂物：1.5， 粗系D 类夹杂物：1.0。 夹杂物整体较少。

从动臂耳板断口部位取样，进行金相显微组织分析：铁素体钢板晶粒度较粗大，且分布不均匀，在6.5-8.0 级之间，无带状组织、魏氏组织，见图1：

图1 金相显微组织（左100X，右200X）

4 断裂机理分析及结论

一般认为发生断裂的原因主要与脆断、内在质量问题（内部裂纹、中心偏析、组织不均匀、夹杂物）、表面微裂纹以及加工使用方式等因素有关。

本次70mm 规格Q345B 钢板加工成装载机动臂耳板，在使用过程中发生的断裂，从金相分析来看，钢板的夹杂物级别不高。经显微组织检验，热轧状态的Q345B 金相组织为铁素体+珠光体，钢板的晶粒度较粗大，且分布不均。 从宏观断口看，属于脆性断裂,致使其发生脆性断裂的原因与使用时的环境工况、瞬间高应力及组织不均匀有关：

（1）此装载机在我国东北使用，动臂耳板断裂时为2 月份，环境温度较低，平均气温-20℃左右，容易造成材料的脆性断裂。

（2）动臂耳板部位在装载机使用过程中经常处于瞬间高应力。

（3） 从显微组织来看此Q345B 钢板晶粒度较粗大， 且分布不均匀。

由于装载机的动臂耳板受力较复杂，尤其在矿山等工况环境较差的条件下，容易出现损坏。 普通满足国标的Q345B 厚规格结构钢板已经不能满足矿山等复杂工况的使用条件。 针对客户对高品质钢的需求，装载机重点部位钢板应采用保探伤、Z 向性能钢板。 生产过程增加VD/RH 真空精炼，充分脱气。 在冶炼、连铸过程应纯净钢质、控制拉速、利用轻压下减轻铸坯的中心偏析和心部疏松。 保证热送铸坯加热时间；粗轧机轧制要采用高温低速压下工艺,在轧机条件允许的情况下,尽可能加大，保证变形深透,以减轻原始组织中偏析的影响,使粗大的柱状晶得以破碎，以减轻带状组织。轧后钢板堆垛缓冷。以正火热处理状态交货，使钢板组织均匀，充分释放内应力，改善内在质量，以替代目前普通的Q345B 厚规格结构钢板。

［1］赵坤.钢板Z 向拉伸断裂原因分析[J].宽厚板,2009(5).