강철 굽힘 균열: 요인 및 개선 조치

절곡 가공 기술은 자동차 제조, 엔지니어링 기계, 교량, 선박, 건설 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 철강 가공 기술의 일종입니다.

벤딩 머신의 상부 또는 하부 다이의 압력으로 금속 시트는 먼저 탄성 변형을 거친 다음 소성 변형을 거칩니다.

플라스틱 절곡의 초기 단계에서 상부 또는 하부 다이가 판금을 구부릴 때 판금은 상부 또는 하부 다이의 V 홈 내부 표면에 점차적으로 밀착되고 곡률 반경도 점차 감소합니다.

압력이 스트로크가 끝날 때까지 계속되면 상부 및 하부 다이가 판금를 사용하여 일반적으로 벤딩 머신과 압연 장비를 사용하여 가공하는 V자형 굽힘을 형성합니다.

굽힘 균열은 철강 가공의 주요 결함입니다. 균열의 위치에 따라 모서리 균열과 중앙 균열로 나눌 수 있습니다.

균열을 일으키는 요인으로는 부적절한 가공 기술 및 재료 품질 결함이 있으며, 이는 철강 생산 기업에 부정적인 영향을 미칩니다.

연구원들은 대표적인 품질 사례를 분석, 정리, 연구하고 관련 자료를 참고하여 굽힘 균열을 유발하는 다양한 요인을 분석하고 개선 방안을 제안했습니다.

굽힘, 균열 및 물리-화학적 테스트의 일반적인 샘플

1.1 코너 크랙 샘플

1.1.1 거시적 형태

모서리 균열은 굽힘 균열에서 가장 일반적인 유형의 결함이며 일반적으로 버, 거친 모서리, 산소 절단면 또는 플라즈마 절단 모서리 균열 위치의 가장자리. 절곡 가공 중에 공작물의 가장자리를 샌드 블라스팅하지 않거나 불완전하게 처리하면 모서리 균열이 발생하고 모서리 균열의 균열은 일반적으로 짧고 모서리의 작업 경화 영역에 위치합니다.

일반적인 결함 Q235B 강철과 Q355B 강철을 분석 대상으로 선택했으며, 모서리 균열의 거시적 형태는 그림 1에 나와 있습니다.

1.1.2 화학 성분 분석

화학 성분 분석을 위해 Q235B 강철과 Q355B 강철의 전형적인 코너 균열 샘플 4개를 선택했고, 그 결과는 요구 사항을 충족했습니다.

1.1.3 기계적 물성 테스트

Q235B 강철 및 Q355B 강철의 위의 네 가지 일반적인 코너 균열 샘플의 기계적 특성을 테스트했으며 그 결과는 표 1에 나와 있습니다 (D는 굽힘 직경, a는 샘플 두께), 결과는 요구 사항을 충족했습니다.

표 1: 모서리 균열이 있는 Q235B 및 Q355B 강철 샘플의 기계적 성능 테스트 결과

1.1.4 금속 조직 검사

위의 네 가지 전형적인 모서리 균열 샘플의 균열 위치에 대해 금속 조직 검사를 수행했으며 그 결과는 그림 2에 나와 있습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 균열 위치의 조직에는 입자 냉 변형이 있으며 산소 절단 및 플라즈마 절단 균열 위치에는 열 영향 구조가 있습니다.

1.2 굽힘 균열 샘플

1.2.1 거시적 형태

중앙 균열은 종종 공작물 중앙에 비연속 균열로 나타나며 균열은 일반적으로 길지만 짧은 균열도 있습니다. 중앙 균열의 거시적 형태는 그림 3에 나와 있습니다.

1.2.2 화학 성분 분석

화학 성분 분석을 위해 Q235B 강철, Q355B 강철 및 610L 강철의 일반적인 중앙 균열 샘플 6개를 선택했으며 그 결과는 요구 사항을 충족했습니다.

1.2.3 기계적 물성 테스트

Q235B 강철, Q355B 강철 및 610L 강철의 위의 6 가지 일반적인 중앙 균열 샘플의 기계적 특성을 테스트했으며 그 결과는 표 2에 나와 있으며 그 결과는 요구 사항을 충족했습니다.

1.2.4 금속 조직 검사

위의 6가지 전형적인 중앙 균열 샘플인 Q235B 강철, Q355B 강철 및 610L 강철에 대해 금속 조직 검사를 수행했으며 그 결과는 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4에서 볼 수 있듯이 연삭 공구 압출 위치에 입자 냉 변형이 있으며, 더 길고 곧은 균열의 뿌리에서 스크래치 개구부를 볼 수 있습니다. 또한 샘플에는 클러스터 황화물 내포물, 중심 분리, 고온 산화 입자가 포함되어 있습니다, 탈탄 산화 및 거품 기능으로 인해 발생합니다.

굽힘 균열 결함의 원인 분석

2.1 부적절한 처리 기술

2.1.1 굽힘 직경의 영향

언제 굽힘 강철를 사용하면 구부러진 부분의 바깥쪽 레이어는 장력을 받고 안쪽 레이어는 압축을 받습니다. 재료 두께가 일정할 때 재료 두께가 작을수록 굽힘 반경를 초과할수록 재료에 가해지는 인장 및 압축 응력이 더 심해집니다. 바깥쪽 모서리의 인장 응력이 재료의 최종 강도를 초과하면 주로 공작물의 중앙과 모서리에서 균열 또는 파손이 발생합니다.

2.1.2 벤딩 도구의 영향력

절곡 공구의 V 홈이 거칠면 공작물이 절곡기를 통과할 때 고르지 않은 힘이 가해져 표면 마모 또는 국부 압력이 발생하여 표면 결함이 발생하고 압출 균열이 발생합니다. 균열은 일반적으로 곧고 길게 나타나며 균열 뿌리에서 입자의 냉간 변형이 보입니다.

2.1.3 물류의 영향력

철강 운송 및 적재 및 하역 중에 표면 긁힘이 발생하여 기판 표면의 연속성이 손상될 수 있습니다. 구부리는 동안 긁힌 부위에서 균열이 발생하기 쉽습니다. 이러한 균열은 일반적으로 길고 직선이며 균열의 뿌리에 스크래치 구멍이 보입니다.

2.2 재료 결함의 영향

2.2.1 강철의 유해 원소, 내포물 및 가스의 영향

제련 과정에서 강철의 황과 인 함량이 높으면 황화물 함유량이 높아지거나 전체 함량이 기준을 초과하지 않더라도 이러한 원소가 국부적으로 응집되어 함유물에서 심각한 중앙 분리를 일으킵니다. 이로 인해 강철의 가소성과 인성이 감소하여 굽힘과 균열이 발생하기 쉽습니다.

또한 잉곳 표면의 미세 균열은 압연 중에 고온에서 산화되며 강철의 높은 산소 및 질소 함량, 특히 질소 원소는 다음과 같이 쉽게 TiN을 형성합니다. 티타늄. 연속 주조 중에 입자 경계를 따라 침전된 TiN 입자는 빌릿에 원래의 균열을 일으켜 굽힘 중에 균열을 일으킬 수 있습니다.

2.2.2 강철 표면 품질의 영향

강철 표면의 미세 균열과 공기 구멍은 굽힘 후 응력을 받는 균열 부위에서 균열이 발생하기 쉽습니다. 여러 개의 작은 균열이 벤드 아크 육안으로 확인할 수 있습니다.

2.2.3 강철의 기계적 특성 및 이방성의 영향

소재의 가소성이 좋을수록 소성 변형이 안정적이고 파단 시 연신율이 클수록 굽힘 성능이 향상됩니다. 굽힘 직경이 작아도 금이 가기 쉽지 않습니다.

또한 강철의 세로 및 가로 특성이 다르며 세로 밴드 구조가 가로보다 더 심합니다. 이는 강철의 세로 가소성 지수가 높기 때문에 압연 방향에 수직 인 방향을 따라 구부릴 때 강철의 굽힘 성능이 횡 방향을 따라 구부리는 것보다 더 좋고 균열이 덜 발생한다는 것을 의미합니다.

개선 조치

(1) 버로 인한 균열 문제에 대한 해결책, 날카로운 모서리모서리 부분의 산소 절단: 버와 날카로운 모서리를 수동으로 샌딩하여 둥글게 하거나 디버링 기계를 사용하여 자동으로 제거하고 경화된 처리 영역을 제거하여 균열 발생률을 줄입니다.

변경 벤딩 프로세스 을 연속 롤 성형으로 전환한 다음 절단으로 인한 경화 가공을 방지하기 위해 성형 후 절단합니다. 후속 용접 공정을 통해 경미한 결함을 수정합니다.

(2) 작은 굽힘 반경 문제를 해결하려면 굽힘 반경이 너무 작지 않도록 설계의 허용 범위 내에서 R 각도를 확대해야 합니다.

(3) 철강 자재를 운송 및 하역하는 물류 과정에서 표면 긁힘을 방지합니다.

(4) 제강 공정에서 강철의 순도를 높이고 강철의 내포물의 함량과 응집을 줄입니다. 아르곤 블로잉 공정을 충분히 활용하여 강철의 더 큰 황화물이 완전히 부유하고 분리되도록 해야 합니다.

강철 흐름 공정 중에 적절한 유동장을 유지하여 결정화기에서 적절하고 안정적인 유동장을 보장해야 슬래그 혼입으로 인한 오염을 방지하면서 강철의 내포물을 추가로 제거할 수 있습니다.

연속 주조 시 주조 온도, 인장 속도, 냉각 속도를 합리적으로 제어합니다. 경량 프레스 기술과 전자기 교반 기술을 적절히 사용하면 빌릿의 내부 품질을 개선하고 중심 분리를 줄이며 중심선 균열의 형성을 방지할 수 있습니다.

(5) 압연 공정에서 가열, 압연 온도 및 압연 후 냉각 공정의 제어를 강화하고 베이 나이트와 같은 비정상적인 구조의 형성을 피하십시오, 마텐사이트, 거친 입자 및 혼합 결정을 제거하고 제품 표준의 허용 범위 내에서 강도를 낮추면서 가소성과 인성을 개선합니다.

자주 묻는 질문

다음은 자주 묻는 질문에 대한 답변입니다:

금속 굽힘 중 균열의 원인은 무엇인가요?

금속 굽힘 중 균열은 주로 여러 가지 상호 연관된 요인으로 인해 발생합니다. 한 가지 핵심 요소는 금속의 압연 방향과 같은 재료 특성 및 방향입니다. 이 방향과 평행하게 구부리면 입자 구조의 정렬로 인해 균열이 발생할 가능성이 높아질 수 있습니다. 또한 알루미늄과 같은 금속은 작업 경화를 경험하여 추가 변형 시 취성과 균열에 대한 취약성이 증가합니다.

굽힘 공정과 형상도 중요한 역할을 합니다. 굽힘 반경이 좁으면 금속의 외부 섬유에 과도한 인장 응력이 발생하여 재료의 인장 강도를 초과하여 균열이 발생할 수 있습니다. 좁은 굽힘은 찌그러진 상태를 만들어 이 문제를 더욱 악화시킬 수 있습니다. 표면 거칠기와 버 방향을 포함한 표면 품질은 소재의 신장 한계에 영향을 미치며, 표면이 매끄러울수록 균열 발생 가능성이 줄어듭니다.

온도와 같은 외부 요인은 굽힘 공정에 큰 영향을 미칩니다. 특히 고강도 합금이나 가공 경화 소재의 경우 낮은 온도에서 구부리면 취성이 증가할 수 있습니다. 금속을 예열하면 연성을 향상시키고 균열 위험을 줄일 수 있습니다. 툴링의 품질과 정렬도 매우 중요한데, 부적절한 툴링이나 정렬 불량으로 인해 응력이 집중되고 균열 위험이 증가할 수 있습니다.

특정 알루미늄 합금과 같이 연성이 높거나 굽힘에 특화된 합금을 선택하면 균열을 완화할 수 있습니다. 굽힘 반경을 늘리고, 재료를 예열하고, 과도한 변형을 피하는 것도 효과적인 예방 조치입니다. 이러한 요인을 이해하고 적절한 전략을 실행하면 금속 굽힘 중 균열의 위험을 크게 최소화할 수 있습니다.

금속을 구부릴 때 균열을 방지하려면 어떻게 해야 하나요?

금속을 구부릴 때 균열을 방지하려면 몇 가지 핵심 요소와 기술을 고려하고 실행해야 합니다. 첫째, 적절한 재료를 선택하고 적절한 경도를 확보하는 것이 중요합니다. 일반적으로 부드러운 금속은 가단성이 높고 균열이 잘 생기지 않습니다. 금속을 압연 방향과 직각으로 구부리면 균열의 위험도 최소화할 수 있습니다. 재료와 두께에 따라 최소 굽힘 반경을 계산하고 준수하는 것이 필수적이며, 예를 들어 강철은 일반적으로 시트 두께의 1~3배의 반경이 필요합니다.

굽힘 속도를 늦추면 소재에 가해지는 응력을 줄일 수 있으며, 버 방향을 굽힘 안쪽으로 설정하면 균열을 완화할 수 있습니다. 원하는 내부 반경에 맞는 프리폼 다이를 사용하면 균열 없이 정밀하게 구부릴 수 있습니다. 특정 합금, 특히 알루미늄의 경우 굽히기 전에 재료를 가열하면(열간 굽힘) 더 부드럽고 연성이 높아져 균열 발생 가능성을 줄일 수 있습니다. 그을음 방법과 같은 기술은 이 과정에서 온도를 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다.

가장자리 준비는 또 다른 중요한 요소입니다. 레이저 또는 플라즈마 절단과 같은 절단 공정에서 열 영향 영역(HAZ)을 최소화하면 가장자리가 너무 부서지는 것을 방지할 수 있습니다. 실제 금속판에서 작업하기 전에 샘플 조각에 테스트 굽힘을 수행하면 굽힘 매개변수가 올바른지 확인하는 좋은 방법입니다. 마지막으로, 표면 거칠기를 개선하면 소재의 신장 한계를 높여 구부리는 동안 균열이 발생할 가능성을 줄일 수 있습니다. 이러한 가이드라인을 따르면 금속 가공 프로젝트에서 보다 안정적이고 정밀한 결과를 얻을 수 있습니다.

재료 특성이 굽힘 균열에 어떤 영향을 미칩니까?

재료 특성은 금속의 굽힘 균열 발생에 큰 영향을 미칩니다. 합금의 종류(예: 1000, 2000, 7000)에 따라 다양한 수준의 연성과 강도를 나타내므로 합금의 구성이 매우 중요합니다. 강도를 높이기 위해 열처리된 합금은 종종 연성이 감소하여 구부릴 때 균열이 생기기 쉽습니다. 연성, 즉 재료가 파단되기 전에 소성 변형을 겪는 능력은 매우 중요하며, 연성이 낮은 재료는 균열이 발생하기 쉽습니다.

입자 구조도 중요한 역할을 하는데, 거칠거나 불규칙한 입자는 균열이 시작되는 약점을 제공합니다. 금속을 구부릴 때 발생하는 가공 경화는 경도를 증가시키지만 연성을 감소시켜 취성과 균열 발생 가능성을 높입니다. 굽힘 반경은 또 다른 중요한 요소로, 단단히 구부리면 외부 섬유에 과도한 인장 응력이 발생하여 응력이 재료의 인장 강도를 초과할 경우 균열이 발생할 수 있습니다. 온도는 굽힘 동작에도 영향을 미치며, 낮은 온도에서는 재료가 더 부서지기 쉽고 균열이 발생하기 쉽습니다. 구부리기 전에 금속을 가열하면 연성을 개선하고 균열 위험을 줄일 수 있습니다.

또한 재료의 두께 방향으로 전단 변형이 발생하면 굽힘 주름과 균열을 유발하는 전단 영역이 생길 수 있습니다. 방향에 따라 특성이 달라지는 재료 이방성도 굽힘성에 영향을 미칩니다. 내포물의 존재와 재료의 미세 구조는 굽힘 균열의 가능성에 더 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 엔지니어는 이러한 재료 특성을 신중하게 고려하고 벤딩 공정을 제어함으로써 벤딩 균열의 위험을 최소화하고 최종 제품의 구조적 무결성을 보장할 수 있습니다.