优钢端部剪切裂纹的分析

郭磊

（山钢股份莱芜分公司特钢事业部， 山东 莱芜 271100）

生产实践·应用技术

优钢端部剪切裂纹的分析

郭磊

（山钢股份莱芜分公司特钢事业部， 山东 莱芜 271100）

分析近年来出现较多的优钢端部剪切存在裂纹现象，通过实验比对工艺方法寻找出现裂纹的原因，提出了相应的改进方法和措施，以优化产品质量。

优钢 剪切裂纹 分析

剪切工序是钢铁生产过程中的重要环节，倾轧的质量不仅影响到钢筋的商品包装质量，而且还会影响钢筋的头尾部质量。据相关数据显示，在实际优钢棒材生产过程中，优钢棒材尾部出现折叠、结疤和剪切裂纹是影响钢材质量最重要的因素。当前，随着汽车、飞机、高铁等产业的发展，对优钢棒材的需求不断扩大，我国逐渐向钢铁大国、钢铁强国发展。但是当前很多钢铁企业在生产过程中，因为钢筋质量不过硬，给企业造成巨大的经济损失。因此对优钢棒材端部剪切裂纹的原因进行分析，对优钢行业发展具有重要意义。

1 优钢的概述

优钢也叫特钢或者优特钢。钢铁分成普通钢铁和特优钢。我国是一个钢铁大国，然而优钢是衡量一个国家是否是钢铁强国的重要标志。然而随着制造业逐渐向高新技术方向转变，对优钢的需求不断扩大。特别当下中国正处于经济转型的关键时期，国家不断提高装备制造业的科技水平，因此这给特殊钢行业的发展提供了好的发展机遇。特殊钢是指钢必须满足化学、物理和机械等要求，并能在特殊的工作环境下工作。特殊性能钢也是特殊的合金钢，这些钢指的是电光、磁、声、热、电化学等效功能的钢。常用的有不锈钢、电工硅钢、耐热钢、精密合金等材料[1-3]。

2 优钢端部剪切裂纹出现的原因

型号Ф50 mm以下的钢材都要利用大剪对钢材进行剪切，直到小型钢材车间轧制达到Ф50 mm。而小型机组在轧制优钢的时候，经常会产生端部裂纹的问题，严重影响产品的质量。以某钢铁企业为例，2013年因为优钢端部出现裂纹导致产品质量不合格，直接造成企业70万元的经济损失。企业为了控制小型机组端部裂纹现象的产生，只能增加切头和切尾的长度，这样直接降低了材料的利用率，每吨钢筋利用率降低了0.6%，按照每年企业生产优钢20万t计算，优钢的价格是4000元/t，直接给企业造成经济480万元。通过对工序分析发现，钢材冷却到一定温度以后，如果用大剪进行剪切时，则会出现剪切裂纹。主要是下面三个原因造成的：第一个是钢材芯部和钢材表面存在一定的温度差，所以导致钢材应力开裂。第二原因就是300℃是钢材脆弱区，在这样的情况下，钢材很容易出现开裂，第三个原因就是钢材内部就有一定的孔洞和裂纹造成的裂缝。为了验证优钢剪切裂纹产生的真正原因：选择了一种型号的优钢进行检验，发现钢材内部并没有内部裂纹和孔洞，所以证明优钢剪切裂纹并不是优钢自身的原因造成的，因此我们可以排除第三个原因。第二实验选择了规格型号比较小的优钢，并直接剪切，规格型号比较大的钢材则用高频或者中频炉进行加热，加热到300～400℃的温度再剪切，剪切后也没有发现裂纹。由此可以推断优钢剪切裂纹产生的原因是优钢表面和芯部的温度差过大产生的剪切裂纹[3]。如果优钢的表面温度达到了200℃，那么优钢的内部温度可能达到400℃设置更高，优钢内外温度相差几百摄氏度，对优钢进行剪切时，优钢芯部发生热胀冷缩现象，芯部聚集了较大的应力，当钢材的温度冷却到室内温度时，芯部的抗拉强度会下降，芯部就会产生横向的裂纹。如果是使用大剪刀剪切，那么横截面沿剪切方面就会出现横向波纹状的凹凸，整个剪切面的完整性遭到破坏，那么剪切横截面的应力会变得很不均匀，这是剪切裂纹产生的真正原因。此外，如果在剪切的时候刀片的压力过大，那么圆形横断面会被剪切为椭圆形的，钢材中也会出现较大的应力，在应力作用下，钢材切料会出现裂纹。

3 控制优钢端部剪切裂纹的措施

冬季受到气候温度的影响，小型优钢端部经常出现裂纹。根据剪切端面残余应力分析，钢材组织中存在偏析区。通过检测发现，钢材偏析区的钒、铬元素的含量比较高，材料在冷却的时候，很容易形成贝氏体组织和马氏体组织[4]。如果用低温剪切的方式，在剪切应力作用下，偏析区的贝氏体组织和马氏体组织很容易产生裂纹。钢材存放期间，如果冷却速度过大，变形区的残余应力会导致裂纹进一步扩大，从而在钢材的端面上形成比较大的裂纹，也就是剪切端部裂纹。如果剪切温度高，钢材具有比较的韧塑性，钢材的变形应力会得到释放，残余应力比较小，所以裂纹出现的概率也比较小。由此，我们可以得出结论，优钢端部裂纹控制的方法有两个：一个是提高剪切温度，另外一个是降低冷却速度。

3.1 控制剪切温度

从上述优钢剪切裂纹产生的原因，做出了调整，当优钢进行轧制的时候，厚度≥18 mm的剪切温度必须≥330℃；厚度在14～18 mm的各个型号的优钢剪切温度则要≥310℃；厚度14～19 mm的优钢剪切温度≥230℃。厚度≤9 mm型号的优钢剪切温度≥200℃。抽油杆钢的剪切温度则≥320℃。抽油杆钢倾轧制钢材的直径≥22 mm时，钢材的剪切温度则≥320℃；如果直径＜22 mm，钢材的剪切温度则保持在220～320℃。此外，为了便于产品以后的验收，优钢在剪切的时候还要做好相关的剪切记录。

3.2 控制冷却速度

按照生产的相关要求对抽油杆钢进行剪切，并从二段链下线以后，生产线上的工作人员立即收集码垛，并存放在大门不通风几个货位，这个过程中必须样控制时间，堆垛、冷却的时间必须达到120 h以上[5]。除了正常的人员和车辆进出以后，其他时候门窗必须关闭。物流发货室和小型冷床之间必须用彩条布和帆布搭起一定高度的隔墙，隔墙的高度在6 m左右，这样可以防止冷风直接吹入到货位上。冷却时间达到120 h，工人则需要对堆垛后货位存放11层以下的抽油杆钢进行检查，检查是否存在剪切裂纹。此外在实际过程中，还要加强车间的各个部门、各专业、各工序的组织协调性，一些溜槽、活套、侧辊和地辊磨损现象十分严重，这也会影响到剪切的质量。

4 结语

随着我国装备制造业逐渐向高新技术转变，高铁、核电、大飞机、汽车等新兴产业对高性能、高品质、个性化的优钢需求量急剧上升。通过对优钢端部剪切存在裂纹现象的进行实验比对分析，对剪切方式和温度进行实验对照，发现了解决方法，在这一基础上提出了对工艺的优化，提高了产品质量。

[1] 梅志远，杨坤，周晓松，等.FRC/钢T型燕尾槽连接结构抗弯损伤机理及强度特性研究[J].材料科学与工艺，2014（3）：114-118.

[2] 樊超伟，王子龙，卢伟永，等.优碳圆钢表面质量改进[C]//2014年全国小型型钢/线棒材生产技术交流会论文集，2014：181-183.

[3] 丁志敏，付能，冯锐，等.珠光体对ZG120Mn13钢拉伸断裂过程的影响[J].材料科学与工艺，2015（4）：54-58.

[4] 瞿光彬，李林优.由锅炉高压蒸汽管道焊缝裂纹探讨P91钢焊缝裂纹防治措施[J].中国化工贸易，2015（20）：236.

[5] 陈振业，张阔斌，王云阁，等.Q235B和Q345B钢中厚板表面纵裂纹的成因分析和工艺优化[J].特殊钢，2015，36（6）：30-32.

（编辑：张伟）

Analysis of Shear Crack over End of High Quality Steel

Guo Lei
（Special Steel Business Department of SD Steel Laiwu Branch Company,Laiwu Shandong 271100）

In recent years there are more shear cracks over end of high quality steel,through the comparison of experiment method,this paper finds out the cause of crack,puts forward corresponding methods and measures to optimize the quality of the products.

high quality steel,shear crack,analysis

TG335

A

1672-1152（2017）01-0048-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.20

2017-01-18

郭磊（1984—），男，江苏睢宁县人，2008年毕业于辽宁科技大学材料科学与工程学院材料加工专业，工程师，现就职于山东钢铁莱芜分公司特钢事业部中型成材车间技术组。