Fessurazione da flessione dell'acciaio: Fattori e misure di miglioramento

La tecnologia di lavorazione della piegatura è un tipo di tecnologia di lavorazione dell'acciaio ampiamente utilizzata in vari settori come la produzione di automobili, macchinari per l'ingegneria, ponti, navi e costruzioni.

Sotto la pressione dello stampo superiore o inferiore della macchina piegatrice, la lamiera subisce prima una deformazione elastica e poi una deformazione plastica.

Nella fase iniziale della piegatura plastica, man mano che lo stampo superiore o inferiore piega la lamiera, questa si adatta gradualmente alla superficie interna della scanalatura a V dello stampo superiore o inferiore, mentre anche il raggio di curvatura diminuisce gradualmente.

Mentre la pressione continua fino alla fine della corsa, le matrici superiore e inferiore entrano in pieno contatto con la lamieraformando la curva a V, che viene comunemente lavorata con macchine piegatrici e impianti di laminazione.

La cricca da flessione è un difetto importante nella lavorazione dell'acciaio. In base alla posizione della cricca, essa può essere suddivisa in cricca d'angolo e cricca centrale.

I fattori che causano le cricche includono una tecnologia di lavorazione inadeguata e difetti di qualità dei materiali, che hanno un impatto negativo sulle imprese di produzione dell'acciaio.

I ricercatori hanno analizzato, riassunto e studiato casi tipici di qualità e hanno fatto riferimento a materiali pertinenti per analizzare i vari fattori che causano le cricche da flessione e proporre misure di miglioramento.

Esempi tipici di prove di flessione, fessurazione e test fisico-chimici

1.1 Campioni di fessure angolari

1.1.1 Morfologia macroscopica

La cricca d'angolo è il tipo di difetto più comune nella cricca da flessione, e di solito sono presenti bave, bordi ruvidi, taglienti di ossigeno, o Taglio al plasma bordi in posizione di cricca d'angolo. Se il bordo del pezzo non viene sabbiato o viene trattato in modo incompleto durante la lavorazione di piegatura, si verificherà una cricca d'angolo, e le cricche in corrispondenza della cricca d'angolo sono solitamente brevi e situate nell'area indurita dalla lavorazione dell'angolo.

Difetti tipici di Q235B L'acciaio Q355B e l'acciaio Q355B sono stati selezionati per l'analisi, e la morfologia macroscopica della cricca d'angolo è mostrata nella Figura 1.

1.1.2 Analisi della composizione chimica

Per l'analisi della composizione chimica sono stati selezionati quattro campioni di cricche angolari tipiche di acciaio Q235B e Q355B, i cui risultati hanno soddisfatto i requisiti.

1.1.3 Test sulle proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche dei quattro campioni di acciaio Q235B e Q355B sono state testate e i risultati sono riportati nella Tabella 1 (D è il diametro di flessione, a è lo spessore del campione).

Tabella 1: Risultati delle prove di prestazione meccanica dei campioni di acciaio Q235B e Q355B con cricche d'angolo

1.1.4 Esame metallografico

L'esame metallografico è stato effettuato sulle posizioni di cricca dei quattro campioni di cricca d'angolo tipici dell'acciaio Q235B e dell'acciaio Q355B e i risultati sono mostrati nella Figura 2. Come si può notare dalla Figura 2, il tessuto presenta una deformazione a freddo del grano in corrispondenza della posizione di cricca e una struttura di influenza termica in corrispondenza della posizione di cricca da taglio con ossigeno e taglio al plasma.

1.2 Campioni di fessurazione a flessione

1.2.1 Morfologia macroscopica

La cricca centrale si manifesta spesso come una cricca non continua al centro del pezzo e le cricche sono solitamente lunghe, con alcuni casi di cricche corte. La morfologia macroscopica della cricca centrale è mostrata nella Figura 3.

1.2.2 Analisi della composizione chimica

Per l'analisi della composizione chimica sono stati selezionati sei campioni di cricche centrali tipiche di acciaio Q235B, Q355B e 610L e i risultati hanno soddisfatto i requisiti.

1.2.3 Test sulle proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche dei sei campioni di cricche centrali tipiche dell'acciaio Q235B, dell'acciaio Q355B e dell'acciaio 610L sono state testate e i risultati sono riportati nella Tabella 2. I risultati soddisfano i requisiti.

1.2.4 Esame metallografico

L'esame metallografico è stato eseguito sui sei campioni di cricche centrali tipiche dell'acciaio Q235B, dell'acciaio Q355B e dell'acciaio 610L.

Come si può notare dalla Figura 4, nella posizione di estrusione dell'utensile di rettifica è presente una deformazione a freddo del grano e alla radice delle cricche più lunghe e diritte si possono osservare aperture di graffi. I campioni contengono anche inclusioni di solfuro a grappolo, segregazione centrale e particelle di ossidazione ad alta temperatura, decarburazione dovuti all'ossidazione e alle caratteristiche delle bolle.

Analisi delle cause dei difetti di fessurazione in flessione

2.1 Tecniche di lavorazione non corrette

2.1.1 L'influenza del diametro di curvatura

Quando piegatura dell'acciaioLo strato esterno dell'area piegata è sottoposto a tensione, mentre lo strato interno è sottoposto a compressione. Quando lo spessore del materiale è costante, quanto più piccola è la raggio di curvaturapiù forti sono le sollecitazioni di trazione e compressione sul materiale. Se la sollecitazione di trazione sull'angolo esterno supera la resistenza ultima del materiale, si verificheranno cricche o fratture, principalmente al centro del pezzo e talvolta agli angoli.

2.1.2 L'influenza degli strumenti di piegatura

Se le scanalature a V degli utensili di piegatura sono ruvide, il pezzo sarà sottoposto a forze non uniformi durante il passaggio attraverso la macchina di piegatura, causando usura superficiale o pressione locale, con conseguenti difetti superficiali, seguiti da cricche da estrusione. Le cricche appaiono solitamente dritte e lunghe, con una visibile deformazione a freddo dei grani in corrispondenza delle radici delle cricche.

2.1.3 L'influenza della logistica

Durante il trasporto dell'acciaio e le operazioni di carico e scarico, possono verificarsi graffi superficiali che distruggono la continuità della superficie del substrato. Durante la piegatura, nell'area graffiata possono verificarsi delle cricche. Queste cricche sono solitamente più lunghe e diritte, con aperture visibili alla radice della cricca.

2.2 L'influenza dei difetti del materiale

2.2.1 L'influenza degli elementi nocivi, delle inclusioni e dei gas nell'acciaio

Durante il processo di fusione, l'elevato contenuto di zolfo e fosforo nell'acciaio porta a un elevato contenuto di inclusioni di solfuro o, anche se il contenuto complessivo non supera lo standard, questi elementi si aggregano localmente e causano una grave segregazione centrale in corrispondenza delle inclusioni. Ciò comporta una diminuzione della plasticità e della tenacità dell'acciaio, rendendolo suscettibile alla flessione e alle cricche.

Inoltre, le microcricche sulla superficie del lingotto vengono ossidate ad alte temperature durante la laminazione e l'elevato contenuto di ossigeno e azoto nell'acciaio, in particolare l'elemento azotato, forma facilmente TiN con titanio. Le particelle di TiN precipitate lungo i bordi dei grani durante la colata continua possono causare cricche originali nella billetta, che possono portare a cricche durante la flessione.

2.2.2 L'influenza della qualità della superficie dell'acciaio

Le microfessure e i fori d'aria sulla superficie dell'acciaio sono soggetti a cricche nel punto in cui si verificano le sollecitazioni dopo la piegatura. Molteplici piccole cricche possono essere visibili in corrispondenza delle arco di curvatura ad occhio nudo.

2.2.3 L'influenza delle proprietà meccaniche e dell'anisotropia dell'acciaio

Maggiore è la plasticità del materiale, più stabile è la deformazione plastica e maggiore è l'allungamento a rottura, migliori sono le prestazioni di piegatura. Anche se il diametro di piegatura è piccolo, non è facile che si rompa.

Inoltre, le proprietà longitudinali e trasversali dell'acciaio sono diverse e la struttura a bande longitudinale è più severa di quella trasversale. Ciò significa che l'indice di plasticità longitudinale dell'acciaio è più alto, per cui quando si piega lungo una direzione perpendicolare alla direzione di laminazione, le prestazioni di piegatura dell'acciaio sono migliori e meno soggette a cricche rispetto alla piegatura lungo la direzione trasversale.

Misure di miglioramento

(1) Soluzioni al problema delle cricche causate dalle bave, bordi taglientie il taglio ad ossigeno nelle aree angolari: levigare e arrotondare manualmente le bave e gli spigoli vivi, oppure utilizzare una macchina sbavatrice per rimuoverli automaticamente ed eliminare l'area di lavorazione indurita per ridurre il tasso di cricche.

Cambiare il processo di piegatura alla formatura in continuo, quindi tagliare dopo la formatura per evitare la lavorazione indurita causata dal taglio. Eliminare i difetti minori attraverso i successivi processi di saldatura.

(2) Per risolvere il problema dei raggi di curvatura ridotti, l'angolo R deve essere ampliato entro l'intervallo consentito dal progetto per evitare un raggio di curvatura troppo piccolo.

(3) Evitare graffi superficiali durante il processo logistico di trasporto e scarico dei materiali in acciaio.

(4) Nel processo di produzione dell'acciaio, migliorare la purezza dell'acciaio, ridurre il contenuto e l'aggregazione delle inclusioni nell'acciaio. Il processo di soffiaggio con argon deve essere sfruttato appieno per garantire che i solfuri più grandi presenti nell'acciaio siano completamente flottati e separati.

Il campo di flusso appropriato deve essere mantenuto durante il processo di flusso dell'acciaio per garantire un campo di flusso corretto e stabile nel cristallizzatore, che può rimuovere ulteriormente le inclusioni nell'acciaio e prevenire la contaminazione dovuta all'intrappolamento delle scorie.

Controllo ragionevole della temperatura di colata, della velocità di estrazione e della velocità di raffreddamento durante la colata continua. L'uso corretto della tecnologia di pressatura leggera e della tecnologia di agitazione elettromagnetica può migliorare la qualità interna della billetta, ridurre la segregazione centrale e prevenire la formazione di cricche centrali.

(5) Nel processo di laminazione, rafforzare il controllo del riscaldamento, della temperatura di laminazione e dei processi di raffreddamento successivi alla laminazione, evitando la formazione di strutture anomale come la bainite, martensite, grani grossi e cristalli misti, e riducono la resistenza entro la gamma consentita dagli standard di prodotto, migliorando al contempo la plasticità e la tenacità.