As causas de trincas da chapa de aço Q345D durante a flexão a frio foram analisadas por meio de observação macroscópica, análise de composição química, teste de propriedades mecânicas, análise de fratura, exame metalográfico e teste de dureza. Os resultados mostram que a composição química, a estrutura da matriz e as propriedades mecânicas da chapa de aço atendem aos requisitos técnicos. Ao cortar, forma-se uma ranhura na lateral da placa de aço. A ranhura é feita de martensita, que apresenta baixa plasticidade. Durante a flexão, ocorre concentração de tensão, que é a principal razão para a trinca da chapa de aço Q345D durante a flexão a frio.
Um lote de chapas grossas rachou durante o processo de dobra a frio e formação de chapa prensada, resultando em desperdício de material. O tipo de chapa de aço é Q345D-Z25, em estado normalizado, com espessura de 60mm e largura de 400mm. A fim de determinar as causas da trinca da placa de aço Q345D e eliminar riscos à segurança, o autor analisou as causas da trinca da chapa de aço Q345D por meio de investigações físicas e químicas para evitar a recorrência de tais acidentes.
1. Inspeção física e química
1.1 Observação macroscópica
O comprimento da placa de aço rachada Q345D é de cerca de 840 mm, e o ângulo entre a placa de aço e a direção horizontal após dobrar e quebrar é de cerca de 30°, conforme mostrado na Figura 1. Pode-se observar na Figura 1 que existem depressões óbvias na superfície da chapa de aço causadas pelo contato e extrusão entre a superfície da chapa de aço e o núcleo dobrado. Uma trinca pode ser vista diretamente abaixo da depressão, perpendicular à direção de laminação e penetrando na largura da placa. Na Figura 2 pode-se observar que existem ranhuras em ambos os lados da fissura, localizadas no ponto mais profundo da ranhura. Outra observação mostra que a ranhura se estende ao longo da direção da espessura da placa e tem um comprimento de cerca de 40 mm (essencialmente o mesmo que o comprimento da fissura). Em comparação com o lado A da placa de aço, a ranhura no lado B é mais estreita e o comprimento da fissura na direção da espessura é de cerca de 45 mm.
Figura 1 Macromorfologia de uma chapa de aço Q345D fissurada
Figura 2 Macromorfologia da ranhura do lado A em uma chapa de aço Q345D fissurada
Figura 3 Macromorfologia da superfície de fratura de uma chapa de aço Q345D com fissuração
A Figura 3 mostra a morfologia da seção transversal da placa de aço Q345D após fratura ao longo da fissura. Na Figura 3 pode-se observar que a secção transversal global é relativamente plana e são visíveis faixas radiais claras. A seção transversal pode ser dividida em três partes com base em diferentes morfologias e propriedades.
(1) Fonte de crack:
Pelas características da zona de radiação, pode-se observar que a radiação converge para a superfície do lado A da placa de aço Q345D, indicando que a fonte da trinca está próxima à superfície do lado A, e as trincas se originam na parte inferior do sulco . A superfície da ranhura é áspera e listrada, e descamação em forma de bloco é observada próximo à superfície da fratura, formando um entalhe, indicando que a área próxima à superfície é relativamente frágil.
(2) Exemplo (vanguarda, linhas de radiação, etapas estendidas):
O Eixample é grande e ocupa 80% da área da fratura. A superfície geral é relativamente áspera, com listras radiais claras visíveis. As características dos lábios de cisalhamento podem ser vistas perto da superfície do Eixample e etapas claras de expansão podem ser vistas perto do centro da placa de aço.
(3) Zona de rasgo artificial:
Esta área representa 20% da superfície de fratura e está fraturada artificialmente, com leve deformação plástica visível.
Com base na análise acima, pode-se observar que durante a flexão e extrusão a frio, rachaduras penetrantes (na direção da largura) aparecem na superfície externa da placa de aço Q345D, e a superfície de fratura tem características de fratura frágil. As trincas originam-se na lateral da chapa de aço e existem ranhuras no ponto de início da trinca, que podem estar relacionadas às ranhuras.
1.2 Análise da composição química
Amostras foram retiradas de uma placa de aço Q345D fissurada e a composição química foi analisada de acordo com GB/T 4336-2016 Determinação do conteúdo multielementar de aço carbono e aço de liga média usando espectroscopia de emissão atômica de descarga de faísca. Os resultados do teste podem ser encontrados na Tabela 1. Na Tabela 1, pode-se observar que a composição química da placa de aço quebrada atende aos requisitos técnicos para o aço Q345D-Z25 em GB/T 1591-2008 “Aço estrutural de baixa liga e alta resistência ”E o certificado de garantia de qualidade.
Tabela 1: Composição química (%) da chapa de aço Q345D fissurada
| elemento | C | Si | P | Mn | S | Cr | Não | Mo | v | Ti | Al | Cu |
| Valor de detecção (fração de massa) | 0,17 | 0,31 | 0,018 | 1,5 | 0,003 | 0,024 | 0,01 | 0,002 | 0,002 | 0,003 | 0,039 | 0,013 |
| Valor padrão (fração de massa) | ≤0,18 | ≤0,50 | ≤0,030 | ≤1,70 | ≤0,007 | ≤0,30 | ≤0,50 | ≤0,07 | ≤0,15 | ≤0,20 | ≥0,020 | ≤0,30 |
1.3 Teste de desempenho mecânico
Pegue uma amostra de tração, uma amostra de impacto, uma amostra de flexão e uma amostra de tração na direção Z de uma placa de aço Q345D rachada e realize um teste de propriedades mecânicas de acordo com o padrão para testes de tração em materiais metálicos (GB/T 228.1-2010) , o método de teste de impacto Charpy – Pendulum para materiais metálicos (GB/T 229-2007), o método de teste de flexão para materiais metálicos (GB/T 232-2010) e placas de aço com propriedades na direção da espessura (GB/T 5313- 2010). Os resultados podem ser encontrados na Tabela 2-Tabela 5. Nas Tabelas 2 a 5, pode-se observar que as propriedades mecânicas da chapa de aço Q345D fissurada atendem aos requisitos técnicos para o aço Q345D-Z25 nas normas pertinentes.
Tabela 2: Resultados do teste de tração
| Itens de teste | RP0.2/MPa | RM/MPa | A/% |
| Valor de reconhecimento horizontal | 340 | 545 | 36 |
| Valor de detecção longitudinal (direção de rotação) | 350 | 550 | 36 |
| valor padrão | ≥325 | 470–630 | ≥20 |
Tabela 3: Resultados do teste de impacto
| Itens de teste | Energia de absorção de choque (-20 ℃)/J |
| Valor de reconhecimento horizontal | 118157166 |
| Valor de detecção longitudinal (direção de rotação) | 174144160 |
| valor padrão | ≥34 |
| Valor exigido do certificado de garantia | 166 |
Tabela 4: Resultados do teste de flexão
| Itens de teste | Ângulo de curvatura/(°) | diâmetro de flexão/milímetros |
| Valor de reconhecimento horizontal | 180 | 75 |
| Valor de detecção longitudinal (direção de rotação) | 180 | 75 |
Tabela 5: Resultados do ensaio de deformação por tração na direção Z
| Itens de teste | Valor individual/% | Média% |
| 70 | ||
| Valor de reconhecimento | 72 | 68 |
| 63 | ||
| Valor de reconhecimento | ≥15 | ≥25 |
1.4 Análise de fratura
Depois de limpar a amostra de fratura, observe-a em um microscópio eletrônico de varredura. Na Figura 4a) – b) pode-se observar que a trinca começa na parte inferior da ranhura no sentido da espessura do lado A da placa, e diversas trincas paralelas à seção transversal podem ser vistas na parte inferior da ranhura . Após ampliação adicional, a morfologia do pite pode ser vista perto da fonte da trinca. Na Figura 4c) – d) pode-se observar que faixas radiais claras podem ser vistas no Eixample próximo à fonte da trinca. Sob maior ampliação, pode-se ver que o Eixample é caracterizado por clivagem, a morfologia da picada pode ser vista no lábio de cisalhamento da superfície da placa de aço longe da ranhura, a morfologia da picada pode ser vista na etapa de crescimento no meio da fratura , e em ambos os lados do degrau podem ser vistas características de clivagem. Conforme mostrado na Figura 4e, a morfologia dos pites pode ser vista na área fissurada artificialmente.
Figura 4: Morfologia microscópica de diferentes áreas da superfície de fratura de uma placa de aço Q345D fissurada
1.5 Exame metalográfico
1.5.1 Teste de inclusão
Pegue uma amostra de seção longitudinal da fonte de trinca da placa de aço Q345D, prepare-a de acordo com GB/T 13298-2015 “Métodos para testar a microestrutura de metais” e observe-a sob um microscópio óptico. De acordo com o método de inspeção real A em GB/T 10561-2005 “Determinação do conteúdo de inclusão não metálica em aço – Método de inspeção microscópica da tabela de avaliação padrão” e a tabela de avaliação ISO em ISO4967-1998 “Determinação do conteúdo de inclusão não metálica em aço – Gráfico de avaliação padrão método de inspeção microscópica “são os resultados da avaliação de inclusões não metálicas em placas de aço Q345D rachadas são mostrados na Tabela 6. Pode-se observar na Tabela 6 que a pureza da placa de aço Q345D é boa.
Tabela 6: Resultados da avaliação para inclusões não metálicas em placas de aço Q345D fissuradas
| Tipos de inclusões | A | b | C | D | D.S. | ||||
| Série fina | Série difícil | Série finaS | Série difícil | Série fina | Série difícil | Série fina | Série difícil | ||
| nível | 0,5 | 0 | 0 | 0 | 0,5 | 0 | 1 | 0 | 0,5 |
1.5.2 Observação microscópica
A Figura 5 mostra a morfologia da microestrutura da placa de aço Q345D polida e corroída em diferentes locais, que foi corroída com solução de álcool de ácido nítrico a 4% (fração de massa). Pode-se observar na Figura 5 que a microestrutura próxima ao centro da placa de aço Q345D é ferrita + perlita, e a microestrutura da fonte e superfície da trinca é martensita e+, uma pequena quantidade de ferrita. A rachadura começa na parte inferior da ranhura. Após a medição, a profundidade da ranhura é de cerca de 1,2 mm e há vários entalhes sob a superfície da fratura, indicando que a trinca se estende para o interior da placa de aço. A superfície da placa de aço é composta por uma camada endurecida formada após o corte, e a camada endurecida no entalhe caiu. Além disso, não há acúmulo óbvio de inclusões não metálicas na fonte da trinca. A microestrutura da camada endurecida é martensita + ferrita e é obtida pelo resfriamento do aço em alta temperatura a uma taxa acima da taxa crítica de resfriamento. A microestrutura é dura e quebradiça e rachaduras se formam facilmente quando a tensão é concentrada.
Figura 5: Microestrutura de uma placa de aço Q345D rachada no estado polido e corroído em vários locais
Figura 6 Macromorfologia da placa de aço Q345D fissurada após corrosão ácida quente
1.6 Teste de dureza
O teste de dureza Vickers foi realizado na fonte da trinca, próximo à fonte da trinca e no centro da chapa de aço Q345D trincada. Os resultados são mostrados na Tabela 7. Na Tabela 7, pode-se observar que a dureza superficial na fonte da trinca da chapa de aço é de cerca de 481 HV1. A dureza interna da chapa de aço é de cerca de 181 HV1, o que indica uma anomalia na estrutura superficial da fonte da trinca, que é significativamente diferente da estrutura central da chapa de aço. Isto é consistente com os resultados da observação da microestrutura.
1.7 Teste de corrosão por ácido térmico
Amostras transversais foram retiradas da placa de aço Q345D rachada e polidas. De acordo com GB/T 226-2015, uma solução mista de ácido clorídrico industrial e água em uma proporção de volume de 1:1 foi usada para o teste de corrosão por ácido térmico – a morfologia macroscópica da placa de aço após a corrosão por ácido térmico é mostrada na Figura 6. Em comparação com a tabela de avaliação da norma GB/T 1979-2001 “Tabela de avaliação para defeitos macroestruturais em aços estruturais”, os resultados da detecção macroscópica de defeitos em placas de aço mostram um grau de porosidade central de 1,0 e um grau de porosidade geral de 0,5.
Tabela 7: Resultados do teste de dureza
| Local de teste | dureza/HV1 |
| Superfície da fonte de fissura | 481 |
| Perto da fonte da rachadura | 183 |
| Núcleo de chapa de aço | 181 |
2. Análise e discussão
Os resultados do exame físico e químico da placa de aço Q345D rachada mostram que sua composição química, resistência à tração, resistência ao impacto e resistência à tração na direção Z atendem aos requisitos técnicos para o aço Q345D-Z25 no padrão e qualidade GB/T 1591-2008 certificado de garantia e que não há anomalias nas inclusões não metálicas e na estrutura da matriz.
A observação macroscópica mostra que a formação de trinca na placa de aço se origina da ranhura lateral, e a microestrutura da fonte da trinca e da superfície adjacente é martensita + uma pequena quantidade de ferrita. A placa de aço quebrada é uma placa de aço normalizada da marca Q345D-Z25 e a microestrutura normal deve ser ferrita + perlita. A dureza no centro da placa de aço é de cerca de 181HV1 e a dureza superficial na fonte da trinca é de 481HV1, com uma diferença significativa na dureza indicando uma microestrutura anormal na ranhura. A martensita do aço baixo carbono (fração mássica de carbono menor ou igual a 0,25%) apresenta-se principalmente na forma de ripas, que são obtidas aquecendo o aço até o estado austenítico e resfriando-o a uma temperatura abaixo do ponto de transformação em um taxa de resfriamento maior que a taxa de resfriamento crítica. A martensita é caracterizada por alta resistência, alta dureza e baixa plasticidade.
Durante a flexão a frio, a superfície convexa externa da placa de aço racha primeiro, e a superfície convexa externa, especialmente o lado oposto do núcleo de flexão, é submetida a tensões de tração de alta tensão. Se houver uma ranhura, ela inevitavelmente gerará uma concentração significativa de tensão neste local, resultando em uma distribuição desigual de tensão na superfície convexa da placa de aço. A tensão local é muito alta e excede o limite de escoamento do material. Finalmente, aparecem fissuras na parte inferior da ranhura, onde a concentração de tensão é mais perceptível.
3. Conclusão
- (1) Quando a placa de aço Q345D rachada é cortada, uma ranhura é formada em seu lado A. O sulco é uma estrutura de martensita com baixa plasticidade. Durante a flexão, ocorre aqui a concentração de tensões, que é a principal razão para a fissuração da chapa de aço Q345D durante a flexão a frio.
- (2) Recomenda-se que o laminador de aço preste atenção às condições de funcionamento das ferramentas de corte no local e reforce a inspeção visual dos produtos antes de sair da fábrica para evitar o aparecimento de tais defeitos na superfície do aço.
