超高強集裝箱用鋼BQ700冷彎裂紋研究

劉宏亮等

【摘 要】 本鋼研制開發(fā)的6.0mm厚BQ700用于制作集裝箱底部鵝頸梁，在進行冷彎加工時折彎部位出現(xiàn)部分開裂現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用。本研究采用Deform軟件對加工過程進行研究，并提出改進方法，問題得到解決。

【關(guān)鍵詞】 集裝箱用鋼 冷彎開裂 Deform

1 前言

集裝箱是現(xiàn)代物流運輸?shù)闹饕\載工具之一，傳統(tǒng)集裝箱主要采用屈服強度345MPa級和SM490等耐候鋼及焊接結(jié)構(gòu)鋼制造，隨著集裝箱行業(yè)的不斷發(fā)展，集裝箱用鋼材正趨向于高強度化、輕量化、減薄傾向化[1，2]。如出口美國的53英尺和出口歐洲的45英尺集裝箱均廣泛采用700MPa級熱軋鋼。受此影響國內(nèi)企業(yè)也開始采用上述材料。

為適應(yīng)市場需求，企業(yè)開發(fā)出700MPa級集裝箱用鋼BQ700，并獲得好評，但制作鵝頸梁進行冷彎加工時，折彎部位偶爾會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的使用。本研究對出現(xiàn)裂紋的鋼板進行了成分、金相和掃描電鏡的檢驗和分析，并采用有限元分析方法對加工過程進行模擬分析，研究冷彎開裂的原因，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供理論依據(jù)。

2 BQ700加工過程及裂紋缺陷

6.0mm厚度規(guī)格的BQ700制作集裝箱底部鵝頸梁的正常工藝為：開平→打砂→剪切和裁條→折彎。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)剪切成橫板時，在部分板的斷面出現(xiàn)了橫裂紋，如圖1（a）所示。而對斷面沒有出現(xiàn)橫裂紋的鋼板進行冷彎加工時在折彎部位也發(fā)現(xiàn)有部分裂紋出現(xiàn)，最大裂紋達70mm，如圖1（b）所示。

3 分析檢測結(jié)果

3.1 鋼的化學(xué)成分因素

本研究中BQ700化學(xué)成分與其他企業(yè)對比因其他產(chǎn)品中Mo含量高0.13%。為了降低生產(chǎn)成本，本研究BQ700采用以水代合金的理念，通過增加冷卻速率的方法，獲得鐵素體和貝氏體為主的組織。

3.2 鵝頸梁冷加工分析

為了進一步研究和分析鵝頸梁冷加工過程中應(yīng)力分布，本研究還采用了有限元軟件Deform對BQ700應(yīng)變過程進行模擬，具體模擬結(jié)果如圖2和圖3所示。

研究表明，冷加工過程中在角部位置BQ700厚度方向流動速度和應(yīng)力均存在較大差異。即鵝頸梁冷加工過程角部受力比較復(fù)雜，除正應(yīng)力以為，還在厚度方向存在較大的切應(yīng)力。

4 結(jié)果分析與討論

眾所周知，低碳微合金鋼Mo可以“C曲線”右移，抑制先共析鐵素體的形成，但對貝氏體轉(zhuǎn)變的推遲作用較小，更有利于微合金鋼獲得韌性良好的貝氏體組織[3，4]，這對細化組織也具有明顯作用。BQ700組織以鐵素體和貝氏體為主，在未添加Mo的情況下，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)鐵素體的比例更高，若想獲得同樣的組織，需要采用更高的冷卻速率，但因此也會影響到加工性能。

通過deform軟件分析發(fā)現(xiàn)，鵝頸梁冷加工過程角部受力非常復(fù)雜，除正應(yīng)力以為，還在厚度方向存在較大的切應(yīng)力，在兩種力綜合作用下角部位置存在較大的應(yīng)力梯度，尤其在心部位置更加明顯。如果鋼板在厚度方向組織和性能不均勻，則極容易在切應(yīng)力作用下萌生裂紋并擴展。

均勻細小的金相組織是獲得良好冷加工性能的先決條件，然而本研究中BQ700為了節(jié)省成本，采用以水代合金的方法進行組織強化，這對成形性產(chǎn)生較大的不利影響。因此，在工藝不當(dāng)情況下，最終在冷變形過程中沿心部位置發(fā)生脆斷。

依據(jù)該分析提出了解決問題的方法，即在生產(chǎn)BQ700過程中降低冷卻速率，改善加工性能。采用該方式生產(chǎn)以后，角部開裂問題得到解決。

5 結(jié)語

（1）本研究中超高強集裝箱用鋼BQ700采用以水代替合金方法，無Mo合金設(shè)計，生產(chǎn)成本比其他企業(yè)低。（2）本研究中BQ700加工性能與其他企業(yè)相比較差，歸因于采用增加冷卻速率的方式，間接破壞了材料的加工性能。（3）依據(jù)本研究分析提出生產(chǎn)BQ700過程中降低冷卻速率，改善加工性能，采用該方式生產(chǎn)以后，角部開裂問題得到解決。

參考文獻

[1]溫德智，周春泉，柴海濤.轉(zhuǎn)爐-CSP集裝箱板的開發(fā)[J].鋼鐵研究學(xué)報，2005，17（B08）：132-134.

[2]王義芳，侯金海，劉國慶.采用CSP工藝開發(fā)集裝箱用高耐候鋼的生產(chǎn)實踐[J].鋼鐵，2003，38（8）：35- 37.

[3]曹建春，雍岐龍，劉清友，等.含鈮鉬鋼中微合金碳氮化物沉淀析出及其強化機制[J].材料熱處理學(xué)報， 2006，27（5）：51-55.

[4]Liu C J， Liu H L， Jiang M F. Effect of Rare Earth Elements on Transformation Behavior and Microstructure Characteristics in X80 Pipeline Steel[J].RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING， 2011，40：51-55.endprint

【摘 要】 本鋼研制開發(fā)的6.0mm厚BQ700用于制作集裝箱底部鵝頸梁，在進行冷彎加工時折彎部位出現(xiàn)部分開裂現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用。本研究采用Deform軟件對加工過程進行研究，并提出改進方法，問題得到解決。

【關(guān)鍵詞】 集裝箱用鋼 冷彎開裂 Deform

1 前言

集裝箱是現(xiàn)代物流運輸?shù)闹饕\載工具之一，傳統(tǒng)集裝箱主要采用屈服強度345MPa級和SM490等耐候鋼及焊接結(jié)構(gòu)鋼制造，隨著集裝箱行業(yè)的不斷發(fā)展，集裝箱用鋼材正趨向于高強度化、輕量化、減薄傾向化[1，2]。如出口美國的53英尺和出口歐洲的45英尺集裝箱均廣泛采用700MPa級熱軋鋼。受此影響國內(nèi)企業(yè)也開始采用上述材料。

為適應(yīng)市場需求，企業(yè)開發(fā)出700MPa級集裝箱用鋼BQ700，并獲得好評，但制作鵝頸梁進行冷彎加工時，折彎部位偶爾會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的使用。本研究對出現(xiàn)裂紋的鋼板進行了成分、金相和掃描電鏡的檢驗和分析，并采用有限元分析方法對加工過程進行模擬分析，研究冷彎開裂的原因，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供理論依據(jù)。

2 BQ700加工過程及裂紋缺陷

6.0mm厚度規(guī)格的BQ700制作集裝箱底部鵝頸梁的正常工藝為：開平→打砂→剪切和裁條→折彎。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)剪切成橫板時，在部分板的斷面出現(xiàn)了橫裂紋，如圖1（a）所示。而對斷面沒有出現(xiàn)橫裂紋的鋼板進行冷彎加工時在折彎部位也發(fā)現(xiàn)有部分裂紋出現(xiàn)，最大裂紋達70mm，如圖1（b）所示。

3 分析檢測結(jié)果

3.1 鋼的化學(xué)成分因素

本研究中BQ700化學(xué)成分與其他企業(yè)對比因其他產(chǎn)品中Mo含量高0.13%。為了降低生產(chǎn)成本，本研究BQ700采用以水代合金的理念，通過增加冷卻速率的方法，獲得鐵素體和貝氏體為主的組織。

3.2 鵝頸梁冷加工分析

為了進一步研究和分析鵝頸梁冷加工過程中應(yīng)力分布，本研究還采用了有限元軟件Deform對BQ700應(yīng)變過程進行模擬，具體模擬結(jié)果如圖2和圖3所示。

研究表明，冷加工過程中在角部位置BQ700厚度方向流動速度和應(yīng)力均存在較大差異。即鵝頸梁冷加工過程角部受力比較復(fù)雜，除正應(yīng)力以為，還在厚度方向存在較大的切應(yīng)力。

4 結(jié)果分析與討論

眾所周知，低碳微合金鋼Mo可以“C曲線”右移，抑制先共析鐵素體的形成，但對貝氏體轉(zhuǎn)變的推遲作用較小，更有利于微合金鋼獲得韌性良好的貝氏體組織[3，4]，這對細化組織也具有明顯作用。BQ700組織以鐵素體和貝氏體為主，在未添加Mo的情況下，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)鐵素體的比例更高，若想獲得同樣的組織，需要采用更高的冷卻速率，但因此也會影響到加工性能。

通過deform軟件分析發(fā)現(xiàn)，鵝頸梁冷加工過程角部受力非常復(fù)雜，除正應(yīng)力以為，還在厚度方向存在較大的切應(yīng)力，在兩種力綜合作用下角部位置存在較大的應(yīng)力梯度，尤其在心部位置更加明顯。如果鋼板在厚度方向組織和性能不均勻，則極容易在切應(yīng)力作用下萌生裂紋并擴展。

均勻細小的金相組織是獲得良好冷加工性能的先決條件，然而本研究中BQ700為了節(jié)省成本，采用以水代合金的方法進行組織強化，這對成形性產(chǎn)生較大的不利影響。因此，在工藝不當(dāng)情況下，最終在冷變形過程中沿心部位置發(fā)生脆斷。

依據(jù)該分析提出了解決問題的方法，即在生產(chǎn)BQ700過程中降低冷卻速率，改善加工性能。采用該方式生產(chǎn)以后，角部開裂問題得到解決。

5 結(jié)語

（1）本研究中超高強集裝箱用鋼BQ700采用以水代替合金方法，無Mo合金設(shè)計，生產(chǎn)成本比其他企業(yè)低。（2）本研究中BQ700加工性能與其他企業(yè)相比較差，歸因于采用增加冷卻速率的方式，間接破壞了材料的加工性能。（3）依據(jù)本研究分析提出生產(chǎn)BQ700過程中降低冷卻速率，改善加工性能，采用該方式生產(chǎn)以后，角部開裂問題得到解決。

參考文獻

[1]溫德智，周春泉，柴海濤.轉(zhuǎn)爐-CSP集裝箱板的開發(fā)[J].鋼鐵研究學(xué)報，2005，17（B08）：132-134.

[2]王義芳，侯金海，劉國慶.采用CSP工藝開發(fā)集裝箱用高耐候鋼的生產(chǎn)實踐[J].鋼鐵，2003，38（8）：35- 37.

[3]曹建春，雍岐龍，劉清友，等.含鈮鉬鋼中微合金碳氮化物沉淀析出及其強化機制[J].材料熱處理學(xué)報， 2006，27（5）：51-55.

[4]Liu C J， Liu H L， Jiang M F. Effect of Rare Earth Elements on Transformation Behavior and Microstructure Characteristics in X80 Pipeline Steel[J].RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING， 2011，40：51-55.endprint

【摘 要】 本鋼研制開發(fā)的6.0mm厚BQ700用于制作集裝箱底部鵝頸梁，在進行冷彎加工時折彎部位出現(xiàn)部分開裂現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用。本研究采用Deform軟件對加工過程進行研究，并提出改進方法，問題得到解決。

【關(guān)鍵詞】 集裝箱用鋼 冷彎開裂 Deform

1 前言

集裝箱是現(xiàn)代物流運輸?shù)闹饕\載工具之一，傳統(tǒng)集裝箱主要采用屈服強度345MPa級和SM490等耐候鋼及焊接結(jié)構(gòu)鋼制造，隨著集裝箱行業(yè)的不斷發(fā)展，集裝箱用鋼材正趨向于高強度化、輕量化、減薄傾向化[1，2]。如出口美國的53英尺和出口歐洲的45英尺集裝箱均廣泛采用700MPa級熱軋鋼。受此影響國內(nèi)企業(yè)也開始采用上述材料。

為適應(yīng)市場需求，企業(yè)開發(fā)出700MPa級集裝箱用鋼BQ700，并獲得好評，但制作鵝頸梁進行冷彎加工時，折彎部位偶爾會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的使用。本研究對出現(xiàn)裂紋的鋼板進行了成分、金相和掃描電鏡的檢驗和分析，并采用有限元分析方法對加工過程進行模擬分析，研究冷彎開裂的原因，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供理論依據(jù)。

2 BQ700加工過程及裂紋缺陷

6.0mm厚度規(guī)格的BQ700制作集裝箱底部鵝頸梁的正常工藝為：開平→打砂→剪切和裁條→折彎。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)剪切成橫板時，在部分板的斷面出現(xiàn)了橫裂紋，如圖1（a）所示。而對斷面沒有出現(xiàn)橫裂紋的鋼板進行冷彎加工時在折彎部位也發(fā)現(xiàn)有部分裂紋出現(xiàn)，最大裂紋達70mm，如圖1（b）所示。

3 分析檢測結(jié)果

3.1 鋼的化學(xué)成分因素

本研究中BQ700化學(xué)成分與其他企業(yè)對比因其他產(chǎn)品中Mo含量高0.13%。為了降低生產(chǎn)成本，本研究BQ700采用以水代合金的理念，通過增加冷卻速率的方法，獲得鐵素體和貝氏體為主的組織。

3.2 鵝頸梁冷加工分析

為了進一步研究和分析鵝頸梁冷加工過程中應(yīng)力分布，本研究還采用了有限元軟件Deform對BQ700應(yīng)變過程進行模擬，具體模擬結(jié)果如圖2和圖3所示。

研究表明，冷加工過程中在角部位置BQ700厚度方向流動速度和應(yīng)力均存在較大差異。即鵝頸梁冷加工過程角部受力比較復(fù)雜，除正應(yīng)力以為，還在厚度方向存在較大的切應(yīng)力。

4 結(jié)果分析與討論

眾所周知，低碳微合金鋼Mo可以“C曲線”右移，抑制先共析鐵素體的形成，但對貝氏體轉(zhuǎn)變的推遲作用較小，更有利于微合金鋼獲得韌性良好的貝氏體組織[3，4]，這對細化組織也具有明顯作用。BQ700組織以鐵素體和貝氏體為主，在未添加Mo的情況下，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)鐵素體的比例更高，若想獲得同樣的組織，需要采用更高的冷卻速率，但因此也會影響到加工性能。

通過deform軟件分析發(fā)現(xiàn)，鵝頸梁冷加工過程角部受力非常復(fù)雜，除正應(yīng)力以為，還在厚度方向存在較大的切應(yīng)力，在兩種力綜合作用下角部位置存在較大的應(yīng)力梯度，尤其在心部位置更加明顯。如果鋼板在厚度方向組織和性能不均勻，則極容易在切應(yīng)力作用下萌生裂紋并擴展。

均勻細小的金相組織是獲得良好冷加工性能的先決條件，然而本研究中BQ700為了節(jié)省成本，采用以水代合金的方法進行組織強化，這對成形性產(chǎn)生較大的不利影響。因此，在工藝不當(dāng)情況下，最終在冷變形過程中沿心部位置發(fā)生脆斷。

依據(jù)該分析提出了解決問題的方法，即在生產(chǎn)BQ700過程中降低冷卻速率，改善加工性能。采用該方式生產(chǎn)以后，角部開裂問題得到解決。

5 結(jié)語

（1）本研究中超高強集裝箱用鋼BQ700采用以水代替合金方法，無Mo合金設(shè)計，生產(chǎn)成本比其他企業(yè)低。（2）本研究中BQ700加工性能與其他企業(yè)相比較差，歸因于采用增加冷卻速率的方式，間接破壞了材料的加工性能。（3）依據(jù)本研究分析提出生產(chǎn)BQ700過程中降低冷卻速率，改善加工性能，采用該方式生產(chǎn)以后，角部開裂問題得到解決。

參考文獻

[1]溫德智，周春泉，柴海濤.轉(zhuǎn)爐-CSP集裝箱板的開發(fā)[J].鋼鐵研究學(xué)報，2005，17（B08）：132-134.

[2]王義芳，侯金海，劉國慶.采用CSP工藝開發(fā)集裝箱用高耐候鋼的生產(chǎn)實踐[J].鋼鐵，2003，38（8）：35- 37.

[3]曹建春，雍岐龍，劉清友，等.含鈮鉬鋼中微合金碳氮化物沉淀析出及其強化機制[J].材料熱處理學(xué)報， 2006，27（5）：51-55.

[4]Liu C J， Liu H L， Jiang M F. Effect of Rare Earth Elements on Transformation Behavior and Microstructure Characteristics in X80 Pipeline Steel[J].RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING， 2011，40：51-55.endprint