CrMnN奧氏體不銹鋼沖壓開裂的原因分析

王宏霞 劉 剛 吳月龍 李 鐵

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 271100)

我公司生產(chǎn)的TS21 屬于CrMnN 奧氏體不銹鋼，其具有優(yōu)異的沖壓成形性，但近期少量冷軋板出現(xiàn)了沖壓開裂現(xiàn)象。對沖壓開裂件進(jìn)行了檢測分析，從而找出導(dǎo)致開裂的原因。

1 試驗(yàn)方法

對送檢的沖壓開裂試樣進(jìn)行宏觀檢測;采用SPECTROLAB M10 型光電直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析;用GX51 金相顯微鏡進(jìn)行金相檢測;利用XL-30 掃描電子顯微鏡觀察斷口微觀形態(tài)特征，并進(jìn)行微區(qū)成分分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀檢測結(jié)果

對送檢試樣進(jìn)行宏觀分析，發(fā)現(xiàn)送檢的1、2號沖壓試樣均是沿鋼板軋制方向開裂(圖1)，經(jīng)測量鋼板厚度約1.0 mm，開裂裂口深度在5 mm～7 mm。

2.2 化學(xué)成分分析結(jié)果

對試樣進(jìn)行光譜成分分析，檢測結(jié)果見表1。由表1 可知試樣的化學(xué)成分均在要求的范圍內(nèi)，成分合格。

圖1 送檢試樣宏觀形貌Figure 1 Macro appearance of testing specimen

表1 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Analyzed results of specimen chemical composition(mass fraction，%)

2.3 金相分析結(jié)果

截取兩個(gè)試樣進(jìn)行夾雜物檢測，檢測結(jié)果見表2，試樣中夾雜物較多(圖2)。試樣經(jīng)苦味酸鹽酸溶液腐蝕后得到組織為奧氏體(圖3)，晶粒度均為6.0 級。

表2 夾雜物、晶粒度檢測結(jié)果Table 2 Testing results of inclusions and grain size

圖2 試樣中的典型夾雜物Figure 2 Typical inclusions of specimen

圖3 試樣金相組織Figure 3 Metallographic structure of specimen

2.4 沖壓斷口掃描電鏡能譜分析結(jié)果

在開裂部位取斷口試樣進(jìn)行掃描電鏡能譜分析。分析結(jié)果為斷口特征為韌窩，有明顯的分層現(xiàn)象(圖4)，在分層處有大量的非金屬夾雜物(圖5)，能譜分析得出夾雜物主要為Na、O、Mg、Cl、K、Ca 等元素，具體分析結(jié)果見表3。

另外，還在開裂部位斷口上發(fā)現(xiàn)了大量的短條狀非金屬夾雜物(圖6)，能譜定性分析為硫化物，具體分析結(jié)果見表4。

3 結(jié)論

圖4 開裂部位斷口微觀形貌Figure 4 Micro appearance of cracking section fracture

表3 斷口夾雜物能譜分析結(jié)果Table 3 Energy spectrum analysis results of fracture inclusions

圖5 斷口上的夾雜物能譜分析Figure 5 Energy spectrum analysis of fracture inclusions

圖6 硫化物能譜分析圖片F(xiàn)igure 6 Analysis picture of sulfid energy spectrum

表4 硫化物能譜分析結(jié)果Table 4 Analysis results of sulfid energy spectrum

通過對沖壓開裂試樣進(jìn)行檢測分析，開裂主要是沿鋼帶軋制方向，裂紋深度在(5～7)mm;與內(nèi)控成分相比較，試樣的Ni 含量較高，而Cu 含量較低，其他元素均在內(nèi)控成分要求范圍內(nèi);試樣中夾雜物較多，主要是A、C 類夾雜物;掃描電鏡能譜分析斷口上有較多的非金屬夾雜物，經(jīng)能譜定性分析主要是渣子成分和硫化物。

試樣中如果非金屬夾雜物較多，在鋼板沖壓變形時(shí)，夾雜物與基體金屬交界面產(chǎn)生應(yīng)力集中，在周圍逐漸形成顯微孔洞，孔洞隨變形過程不斷聚集，形成大的裂紋，最終導(dǎo)致材料破斷。夾雜物越長，沖壓變形時(shí)開裂的可能性就越大。通過檢測分析可知，發(fā)生沖壓開裂的鋼帶中存在大量的夾渣和硫化物，這些非金屬夾雜物是導(dǎo)致沖壓開裂的主要原因。