冷鐓鋼盤條線性缺陷分析及控制

徐　杰　田海濤　孫學(xué)偉　楊曉奇　李杰武

(安陽鋼鐵股份有限公司)

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冷鐓鋼盤條線性缺陷分析及控制

徐杰田海濤孫學(xué)偉楊曉奇李杰武

(安陽鋼鐵股份有限公司)

對冷鐓鋼盤條線性缺陷進(jìn)行分類，分別為劃傷、折疊和線性裂紋。通過酸洗表面和金相觀察，分析其形貌及產(chǎn)生原因，并針對這些缺陷進(jìn)行相應(yīng)質(zhì)量改進(jìn)，效果較為明顯。

冷鐓鋼線性缺陷冷鐓開裂

0　前言

冷鐓鋼，又稱鉚螺鋼或冷頂鍛鋼，是利用金屬的塑性，采用冷鐓加工成型工藝生產(chǎn)互換性較高的標(biāo)準(zhǔn)件用鋼[1]。冷鐓鋼因冷成型性能良好，在機(jī)械加工行業(yè)用冷拔代替熱軋材冷切削機(jī)加工，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是在節(jié)約大量工時的同時，金屬消耗可以降低10%～30%，而且產(chǎn)品尺寸精度高，表面光潔度好，生產(chǎn)率高，廣泛用于制造螺栓、螺母、螺釘?shù)雀黝惥o固件。

冷墩用鋼易出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題是冷鐓開裂。筆者結(jié)合用戶反映的冷鐓鋼質(zhì)量問題，對由線性缺陷引起盤條冷鐓開裂進(jìn)行了分類和分析，并采取有效的控制措施，減少質(zhì)量問題發(fā)生，以滿足用戶要求。

1　生產(chǎn)工藝流程

100 t轉(zhuǎn)爐→LF精煉→150 mm×150 mm方坯連鑄→高速線材軋機(jī)生產(chǎn)冷鐓鋼盤條。

2　線性缺陷的形貌特點(diǎn)與分類

盤條酸洗后，可以看到沿盤條縱向分布一條或多條裂紋缺陷，該缺陷一般具有一定的連續(xù)性，稱之為線性缺陷。在后續(xù)的冷鐓變形過程中，容易在缺陷處形成應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致開裂，影響使用。通過大量的低倍、高倍缺陷斷面檢驗和酸洗表面觀察發(fā)現(xiàn)，其主要形貌特點(diǎn)有3類，分別是劃傷、折疊和線性裂紋。

2.1劃傷

第一類是劃傷，是由于軋件被尖銳物體劃過，表面像溝槽一樣沿縱向延伸，一般呈直線狀、深淺不等、連續(xù)或斷續(xù)分布于盤條表面的劃痕，與盤條表面垂直的“U”形缺陷，該類缺陷低倍下觀察底部圓滑，高倍下觀察底部也圓滑，盤條表面酸洗觀察主要表現(xiàn)形式為通長(或者局部較長)單道或者多道密集黑線。根據(jù)劃傷產(chǎn)生的原因可以分為兩類，分別是盤條在生產(chǎn)過程出現(xiàn)的熱軋劃傷和在改制的過程中出現(xiàn)的冷拔劃傷。

2.1.1熱軋劃傷

規(guī)格8 mm冷鐓鋼盤條SWRCH35K，經(jīng)酸洗磷化→拉拔→冷鐓，發(fā)現(xiàn)螺帽開裂如圖1所示。開裂螺栓經(jīng)酸洗后，桿部存在明顯線狀缺陷，該缺陷與螺栓開裂部位相連。對螺栓桿部未變形區(qū)表面做金相，經(jīng)觀察(如圖2所示)，缺陷呈凹坑形態(tài)，深204.8 μm 寬99.0 μm深度明顯大于寬度，凹坑尾部較鈍，周圍組織與正常部位相同，無夾雜，無氧化脫碳特征。

根據(jù)以上觀察結(jié)果分析，熱軋過程中，軋槽表面及在線導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)輥、導(dǎo)槽和夾送輥、下彎管吐絲管等與紅鋼接觸的地方，由于粘鋼、有氧化鐵皮堆積或加工不良、損傷等，使高溫高速的盤條表面劃傷，成為冷鐓開裂的裂紋源[2]。

圖1螺帽開裂圖2邊部缺陷

2.1.2冷拔劃傷

2.2折疊

規(guī)格16 mm的SWRCH35K在冷鐓過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，對開裂螺栓和拉拔材料進(jìn)行熱酸洗后觀察表面，發(fā)現(xiàn)表面存在線性缺陷(如圖5所示)。對螺栓桿部未變形區(qū)域做橫截面金相觀察(如圖6、圖7所示)，發(fā)現(xiàn)深度310.8 μm的缺陷，缺陷兩側(cè)和底部存在輕微脫碳現(xiàn)象，說明缺陷在熱處理之前就存在。 在軋制過程中，由于上游機(jī)架來料過大或料型不正，導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)槽安裝不正，或輥環(huán)出現(xiàn)輥錯等因素，使軋件出現(xiàn)過充，從而使軋件產(chǎn)生條狀的耳子或飛邊，經(jīng)下游軋機(jī)軋制后，形成折疊[3]。

圖5熱酸洗后表面缺陷形貌

圖6邊部缺陷放大200倍

圖7邊部缺陷放大500倍

2.3線性裂紋

最后一類是線性裂紋，與部分折疊、劃痕在宏觀上很相似。引起軋材產(chǎn)生裂紋的因素很多，諸如構(gòu)成材料的成份、組織、受力狀態(tài)、形變速率、形變溫度、冷卻速度等。微觀上，金相觀察帶裂紋軋材，實(shí)驗積累表明，晶界、孿生晶界、夾雜物或第二相變點(diǎn)的界面等位錯易于塞積的地方，往往是裂紋的策源地。

ML35盤條在經(jīng)退火→酸洗磷化→拉拔→冷鐓成螺栓后，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品開裂(如圖8所示)，經(jīng)鹽酸水溶液侵蝕后觀察到螺栓桿部存在線性缺陷(如圖9所示)，與螺帽開裂處相對應(yīng)，因此由于存在線性缺陷導(dǎo)致盤條在冷鐓過程中出現(xiàn)開裂。對螺桿做橫截面金相組織觀察(如圖10、圖11所示)，低倍下發(fā)現(xiàn)邊部有一處開裂，將缺陷放大200倍，該缺陷形貌呈“V”型，底部尖銳，并伴有脫碳現(xiàn)象，說明該缺陷來源于連鑄坯表面縱裂紋。鑄坯經(jīng)高溫加熱后，表面裂紋被氧化，在線材的生產(chǎn)過程中，裂紋縫隙內(nèi)氧化鐵不能被消除，它破壞變形金屬的連續(xù)性且隨著加工形變而延伸，導(dǎo)致表面產(chǎn)生線狀缺陷[4]。

圖8樣品酸洗前

圖9樣品酸洗后

圖10邊部缺陷處

圖11邊部缺陷處放大

3　改進(jìn)措施

根據(jù)線性缺陷產(chǎn)生的原因，結(jié)合高線機(jī)組冷鐓鋼的生產(chǎn)特點(diǎn)和設(shè)備條件，制定了以下改進(jìn)措施：1) 嚴(yán)格控制方坯質(zhì)量，方坯表面不得有可見的裂紋、結(jié)疤、夾雜等缺陷；2) 軋制前要對軋輥、軋槽、導(dǎo)衛(wèi)等生產(chǎn)部件的裝配及安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查，防止出現(xiàn)導(dǎo)衛(wèi)扭轉(zhuǎn)角不當(dāng)或安裝位置不正的情況，避免折疊的產(chǎn)生；3) 對軋槽表面及在線導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)輥、導(dǎo)槽和夾送輥、下彎管、吐絲管等與鋼接觸的構(gòu)件嚴(yán)格檢查和清理，防止劃傷盤條；4) 在軋制過程中，加強(qiáng)對各道次軋件的檢查，如發(fā)現(xiàn)盤條出現(xiàn)耳子、劃傷等表面缺陷，要及時進(jìn)行調(diào)整，保證盤條的表面質(zhì)量。

4　結(jié)語

冷鐓鋼盤條線性缺陷主要分為三類，分別為劃傷、折疊和線性裂紋。針對這些缺陷，結(jié)合自身生產(chǎn)特點(diǎn)和設(shè)備條件，制定了相應(yīng)的改進(jìn)措施，產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著提升，由此類缺陷導(dǎo)致的高線質(zhì)量異議同比大幅下降，提高了客戶滿意度，進(jìn)一步穩(wěn)定冷鐓鋼市場。

[1]先越蓉.冷鐓鋼的生產(chǎn)和發(fā)展[J].特殊鋼,2005(3):31.

[2]李云超.冷鐓鋼冷鐓開裂原因分析及改進(jìn)措施[A]. 2006年河北省軋鋼技術(shù)與學(xué)術(shù)年會論文集(上冊)(C). 石家莊: 河北省冶金學(xué)會,2006:187.

[3]汪先虎，姜洪剛，吳東明.熱軋盤條常見表面缺陷分析[J].鞍鋼技術(shù)，2014(3):59.

[4]龔桂仙，陳士華，浦紹康，等.鋼鐵產(chǎn)品缺陷與失效實(shí)例分析圖譜[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2012:136.

ANALYSIS AND CONTROLL OF LINEAR DEFECTS OF COLD HEADING STEEL WIRE ROD

Xu JieTian HaitaoSun XueweiYang XiaoqiLi Jiewu

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd )

Linear defects of cold heading steel wire rod mainly includes stamp, lapping and linear crack. Through the surface pickling and metallographic observation, its morphology and causes are analyzed, and the corresponding quality improvement for these defects is carried out, the effect is more obvious.

cold heading steellinear defectscold heading cracking

，助理工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心；

2016— 5—3