4.8級半園頭方頸螺栓開裂掉頭原因分析

宋 強,孫 山,方 燕,劉 維（馬鞍山鋼鐵股份有限公司,安徽 馬鞍山243000）

4.8級半園頭方頸螺栓開裂掉頭原因分析

宋 強,孫 山,方 燕,劉 維
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司,安徽 馬鞍山243000）

摘 要：通過對4.8級半園頭方頸螺栓冷鐓成型后樣品的縱剖面不同部位的金相分析，以及裂紋區(qū)域掃描電鏡和能譜分析，發(fā)現(xiàn)的Ca、Zn、C的復合氧化物屬于冷變形加工后外來復合夾雜，認為是深加工工藝流變強度、塑性變形超過了材料的承受能力，導致螺栓頭部與直桿部交界處在冷加工過程中產(chǎn)生裂紋缺陷。

關鍵詞：冷鐓變形；裂紋；復合氧化物

1　前言

4.8級半園頭方頸螺栓通常選用低碳冷鐓鋼熱軋盤條，如10B08熱軋盤條。經(jīng)酸洗（鱗化）→拉拔→冷鐓（搓絲）→表面處理→包裝工藝流程進行半園頭方頸螺栓制作。充分發(fā)揮低碳冷鐓鋼強度低、面縮率高、冷鐓性能好的特點，生產(chǎn)出的半園頭方頸螺栓機械性能達到4.8級要求，廣泛應用于各類機械連接部位。但由于該螺栓半園頭部位冷鐓變形量較大，同時頸部為方形， 冷鐓加工時極易造成半園頭與方頸結合部應力集中，如果工藝控制不當，容易導致用戶使用該螺栓過程中發(fā)生螺栓開裂掉頭的現(xiàn)象，本文通過對批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)的開裂掉頭半園頭方頸螺栓進行金相和裂口斷裂源掃描觀察，能譜分析，研究了半園頭方頸螺栓開裂掉頭的產(chǎn)生原因，以指導生產(chǎn)過程中的工藝控制。

2　10B08鋼成分控制及力學性能

10B08冷鐓鋼化學成分控制見表1。工業(yè)化大批量生產(chǎn)的Φ10規(guī)格10B08熱軋盤條力學性能見表2。

表1　10B08鋼化學成分（%）

表2　Φ10規(guī)格10B08熱軋盤條力學性能

3　半園頭方頸螺栓檢驗結果

10B08熱軋盤條經(jīng)酸洗（鱗化）→拉拔→冷鐓（搓絲）→表面處理→包裝工藝流程進行半園頭方頸螺栓制作。螺栓頭部鐓粗變形后，選取一定比例樣品進行敲彎試驗，以檢查冷鐓成形后螺栓有無裂紋等缺陷。部分樣品敲彎后半圓頭部與方頸桿部交界處出現(xiàn)裂紋，其中個別樣品頭部與桿部完全裂開。圖1為編號44-1、44-2二件螺栓敲彎后縱向剖面圖。為了了解敲彎試驗開裂的原因，對試樣進行了裂口斷裂源掃描觀察，能譜分析，頭部橫向組織及縱向剖面組織檢驗。

3.1 縱剖面組織檢驗結果

分別對圖1中44-1、44-2二件試樣中a、b、c、d、e、f、g七個部位進行組織檢驗，結果見圖2和圖3。 44-1試樣f區(qū)和g區(qū)變形嚴重且存在裂紋，說明螺栓成形后2邊已經(jīng)出現(xiàn)裂紋，敲彎只是促使一邊裂紋擴展。44-2樣品f區(qū)和g區(qū)與44-1樣品基本一致。

3.2 試樣斷裂源掃描電鏡觀察、能譜分析

斷裂樣品斷裂源特征基本一致。編號44-1試樣頭部裂開處斷裂源形貌見圖4，斷面上異物能譜見圖5，從圖4可見，敲彎斷開前試樣已經(jīng)有裂紋。從圖5可見，異物夾雜不僅僅局限在斷裂源處，能譜分析發(fā)現(xiàn)異物夾雜為Ca、Zn、C的復合氧化物，說明異物夾雜不是盤條本身固有的，而是在后續(xù)深加工過程中帶來的外來異物夾雜。

4　討論分析

低碳冷鐓鋼10B08A熱軋盤條成分、性能控制良好，按酸洗（鱗化）→拉拔→冷鐓（搓絲）→表面處理→包裝工藝流程進行半園頭方頸螺栓制作，加工過程正常，但有部分樣品出現(xiàn)開裂、甚至掉頭缺陷。為找出原因，我們在冷鐓加工后取的樣品進行敲彎，部分樣品開裂掉頭。對開裂掉頭樣品進行斷口掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，螺栓敲彎斷開前試樣已經(jīng)有裂紋，螺栓敲彎時原有裂紋導致頭部斷開。對斷口進行能譜分析發(fā)現(xiàn)，裂開處存在Ca、Zn、C的復合氧化物，該復合氧化物與盤條冶煉、軋制過程無關，是盤條后續(xù)深加工過程中帶來的。從裂紋形貌來看也與該復合氧化物無關[1]。

從金相檢驗結果圖2、圖3可見，螺栓組織為鐵素體+少量珠光體，不同部位組織變形程度不同。檢測發(fā)現(xiàn)，螺栓半圓頭部與方頸直桿部交界處區(qū)域均觀察到裂紋，且裂紋變形嚴重，組織變形嚴重，說明敲彎之前交界處已經(jīng)存在裂紋，組織變形嚴重并伴隨著裂紋的擴展。也與半園頭方頸螺栓實物表面肉眼可見的半圓頭部與方頸直桿四角部交界處都有裂紋[2]。

5　結論

低碳冷鐓鋼10B08A熱軋盤條成分、組織、性能正常，符合標準要求。制作的半園頭方頸螺栓，少量樣品在螺栓半圓頭部與方頸直桿部交界處發(fā)現(xiàn)裂紋嚴重時出現(xiàn)掉頭的主要原因，是深加工工藝流變強度、塑性變形超過了材料的承受能力，螺栓頭部與直桿部交界處在冷加工過程中產(chǎn)生裂紋缺陷，在裂紋源及其附近區(qū)域發(fā)現(xiàn)的Ca、Zn、C的復合氧化物屬于冷變形加工后外來復合夾雜。

參考文獻：

[1]李靜媛,章為夷,魏成富,李平等著.鋼中夾雜物與鋼的性能及斷裂[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012:512.

[2]龔桂仙,陳士華,蒲紹康,吳立新主編.鋼鐵產(chǎn)品缺陷與失效實例分析圖譜[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012:190.

作者簡介：宋強(1962-)男，上海人，教授級高工，長期從事高速線材產(chǎn)品開發(fā)研究。