建筑配件MK690D钢折弯开裂原因分析

张盛华， 彭 磊， 潘小静

(中天钢铁集团有限公司， 江苏 常州 213011)

引 言

建筑及基础设施建设需要大量的建筑钢材，中国近年来建筑业及钢铁产业飞速发展，随着人民日益增长的物质文化需求，对建筑用钢的各方面性能要求也越来越高[1-3]。一些建筑钢材往往需要折弯后使用，一些折弯缺陷如撕裂、裂纹或断裂将直接导致材料本体的损毁，一般情况下需要报废处理，对成本影响较大[4-5]。由MK690D钢Φ18 mm热轧圆钢制造的建筑配件，在冷弯后发现弯曲样弯曲内侧表面出现开裂现象。该配件的制造工艺：原材料下料→攻丝→冷弯。本文通过化学成分、金相及硬度分析方法对开裂原因进行分析。

1 理化检验

1.1 MK690D钢建筑配件开裂宏观形貌

MK690D钢折弯样宏观形貌如图1所示，其中1#和2#折弯样折弯处内侧表面均发现有开裂现象，裂纹均为横向裂纹，都位于折弯处内侧表面中间位置；3#折弯样内侧表面未发现存在裂纹缺陷，如图2-4所示。

图1 MK960D钢折弯试样宏观形貌

图2 1#折弯样折弯内侧表面裂纹形貌

1.2 化学成分分析

对MK690D折弯开裂试样，使用德国超谱公司QSN750型直读光谱仪进行化学成分分析，结果如表1所示。可见该折弯开裂试样的化学成份符合MK690D钢的化学成分规范。

图3 2#折弯样折弯内侧表面裂纹形貌

表1 折弯开裂试样的化学成分/%

图4 3#折弯样折弯内侧表面无缺陷

1.3 金相检验

取图2中1#折弯样沿缺陷(白色线处)纵向取样分析，检验发现之前宏观检验的横向裂纹缺陷深约0.07 mm，裂纹缺陷内有灰色氧化物，裂纹周围无明显脱碳现象，但发现裂纹两侧有明显的组织变形流线存在，基体组织为铁素体+珠光体，如图5-7所示。

图5 1#折弯样裂纹缺陷微观形貌

取图3中2#折弯样沿缺陷(白色线处)纵向取样分析，检验发现裂纹分为两部分，裂纹缺陷开口处有灰色氧化物存在，裂纹周围无明显脱碳现象，但发现裂纹开口处两侧有明显的组织变形流线存在；裂纹缺陷开口处以下具有应力开裂裂纹特征，裂纹刚直有力，两侧无脱碳及氧化物存在；裂纹缺陷整体深约3.9 mm，基体组织为铁素体+珠光体，如图8-13所示。

图6 1#折弯样无脱碳的流变组织

图7 1#折弯样基体微观组织

图8 2#折弯样裂纹缺陷微观形貌

图9 裂纹缝隙的灰色氧化物

图10 2#折弯样裂纹缺陷微观形貌

图11 2#折弯样无脱碳的流变组织

图12 2#折弯样基体微观组织

图13 3#折弯样基体微观组织

1.4 硬度检验

对3支折弯样进行布氏硬度检验，1#折弯样硬度值245HBW5/750，2#折弯样硬度值257HBW5/750，3#折弯样硬度值250HBW5/750。

2 分析与讨论

(1)MK690D钢折弯样的化学成分、原材料圆钢的金相组织均符合要求。

(2)宏观检验分析表明：1#和2#折弯样折弯处内侧表面均发现裂纹缺陷，裂纹均为横向裂纹，都位于折弯处内侧表面中间位置，说明开裂裂纹均与折弯加工有关。3#折弯样折弯处内侧表面未发现存在裂纹缺陷。

(3)金相检验分析表明，1#折弯样内侧表面裂纹缺陷深约0.07 mm，裂纹缺陷内有灰色氧化物，裂纹周围无明显脱碳现象，但发现裂纹两侧有明显的组织变形流线存在，组织变形流线的存在说明此裂纹缺陷为受挤压产生，即此裂纹缺陷实为折弯时产生的内折缺陷(即折叠缺陷)，并非开裂裂纹。2#折弯样内侧表面裂纹缺陷检验发现分为两部分，裂纹缺陷开口处有灰色氧化物存在，裂纹周围无明显脱碳现象，但发现裂纹开口处两侧有明显的组织变形流线存在，说明此开口处裂纹缺陷也与1#试样一样为内折缺陷，并非开裂裂纹；裂纹缺陷开口处以下具有应力开裂裂纹特征，裂纹刚直有力，裂纹两侧无脱碳及氧化物存在，说明此处开裂裂纹为开口处内折缺陷形成后受拉应从力内折缺陷处开裂拓展导致。所取3支折弯试样基体组织均为铁素体+珠光体，说明组织均正常且无差异。

(4)硬度检验分析表明，1#折弯样硬度值245HBW5/750，2#折弯样硬度值257HBW5/750，3#折弯样硬度值250HBW5/750，说明硬度值均正常且差异不大。

综上所述，根据弯曲试验的受力分析可知，当试样弯曲时弯曲内侧面受到的是压应力(即此区域受到的是挤压或压缩力)，而弯曲外侧面受到的是拉应力(即此区域受到的是拉伸力)，所以一般弯曲过程中的开裂均为弯曲外侧面开裂，内侧面在弯曲过程中是不会发生开裂的，但如果弯芯过小、弯曲角度过大等异常因素存在则会导致在内侧面产生内折缺陷(即折叠缺陷)，如果试样弯曲完成后内侧面产生了折叠缺陷，后因某种因素弯曲试样又受到了与弯曲方向相反的力(如外折)，则会以内侧面的折叠缺陷为应力集中点产生扩展开裂，如2#试样弯曲内侧面裂纹的产生即是如此。所以MK690D钢折弯样折弯处内侧表面存在的裂纹缺陷可能为折弯过程中产生内折缺陷，后又受到了某种反向弯曲力使内折缺陷拓展开裂导致。

3 结束语

MK690D钢折弯样折弯处内侧表面存在的裂纹缺陷可能为折弯过程中产生内折缺陷，后又受到了某种反向弯曲力使内折缺陷拓展开裂导致。