冷鐓鋼質(zhì)量問(wèn)題分析及控制策略

楊成鑫

（廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 廈門 361102）

由于冷鐓鋼具有很好的可塑性，要求在受力后可以產(chǎn)生較大的變形量，且承載后變形速度要快，所以要求冷鐓鋼應(yīng)具有很高的壓力加工性能和力學(xué)性能。對(duì)于要求更高的此類零配件一般都是采用進(jìn)口材料，國(guó)產(chǎn)冷鐓鋼則由于產(chǎn)品質(zhì)量不足或不穩(wěn)定，經(jīng)常在加工或使用過(guò)程中發(fā)生表面開裂。本文通過(guò)研究冷鐓鋼在加工或使用過(guò)程中常見的開裂原因，并針對(duì)性的給出改進(jìn)的意見，希望可以促進(jìn)質(zhì)量的改進(jìn)。

1 冷鐓鋼的質(zhì)量問(wèn)題分析

1.1 化學(xué)成分

1.1.1 碳含量

冷鐓鋼的碳含量對(duì)其韌性有很大影響，如果碳含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，則在加工過(guò)程中容易破裂，因?yàn)樘己窟^(guò)高則形成的片狀珠光體越多，片狀珠光體對(duì)鋼的塑、韌性具有不利的影響。所以，在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格控制冷鐓鋼的碳含量。

1.1.2 其它元素

硫和磷是鋼中的有害元素，分別導(dǎo)致鋼的冷、熱脆性。隨著鋼中氮含量的增加，鋼的強(qiáng)度，硬度和脆性增加，但成形性和韌性顯著降低，可焊性劣化。另外，氫是鋼中白點(diǎn)的根本原因，鋼中的這些白點(diǎn)（小裂縫）引起氫脆化；氧在鋼中主要以氧化物的形式存在，隨著金屬氧化物含量的增加，鋼的塑性和韌性顯著下降，此外，如果鋼水的脫氧性差會(huì)導(dǎo)致連鑄坯中的皮下氣泡和表面孔隙增多，嚴(yán)重影響鋼的質(zhì)量[1]。

硅通常作為脫氧劑添加到鋼中，少量的硅會(huì)增加鋼的強(qiáng)度，但是大量的硅會(huì)對(duì)鋼的形狀和韌性產(chǎn)生不利影響。錳可以減少硫的有害影響，提高材料的熱加工性能。同時(shí)，錳將提高鋼的強(qiáng)度，硬度和淬透性，增強(qiáng)加工硬化，從而降低材料的可塑性。鋁在高溫下容易氧化，形成有害雜質(zhì)，降低鋼的機(jī)械性能；同時(shí)，鋁可以阻礙晶粒長(zhǎng)大，提高韌性，改善冷鐓鋼的整體性能，并減少扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的應(yīng)變老化，因此，應(yīng)適度控制。

最后，其它大部分合金元素會(huì)增加鋼的強(qiáng)度和韌性，從而影響鋼的加工性能，因而，這些合金元素的量應(yīng)取決于鋼的不同加工用途。

1.2 夾雜物

鋼中主要有害夾雜物是非金屬夾雜物，它們的存在不僅大大降低了鋼的強(qiáng)度和韌性，而且容易引起腐蝕和疲勞破壞，并影響鋼的微觀結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)采取各種措施去除鋼中的非金屬夾雜物，使殘余的夾雜物盡可能分布均勻[2]。

1.3 晶粒大小

鋼的晶粒越細(xì)，其變形越均勻，斷裂前具有很大的斷后伸長(zhǎng)率和斷面縮收率，還可吸收更多的能量，提高鋼的韌性。并且，晶粒越細(xì)晶界面積越大，晶界可以阻礙裂紋的擴(kuò)展。因此，鋼的晶粒越細(xì)，其綜合力學(xué)性能越好，對(duì)壓力加工越有利。對(duì)于已形成粗晶粒的冷鐓鋼來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)正火或調(diào)質(zhì)來(lái)細(xì)化晶粒。

1.4 組織組成

冷鐓鋼的鑄態(tài)組織為鐵素體和片狀珠光體，而片狀珠光體會(huì)增加冷劈裂傾向，對(duì)冷鐓鋼成型性和壓力加工性明顯不利，因此，一般要通過(guò)調(diào)質(zhì)或正火將片狀珠光體轉(zhuǎn)化成顆粒狀或細(xì)片狀，這樣不但對(duì)壓力加工有利，也有利于鋼的綜合力學(xué)性能。另外，冷鐓鋼在鑄造和熱軋后容易形成帶狀組織，而帶狀組織會(huì)降低垂直于軋制方向的伸長(zhǎng)率、斷面收縮率以及沖擊韌性，因此，需要通過(guò)一定的方法來(lái)消除或減輕，如擴(kuò)散退火、電渣重熔、快速結(jié)晶、增大鍛造比等方法。

1.5 表面質(zhì)量缺陷

裂紋、皺紋和劃痕是冷鐓鋼的主要表面缺陷，如果冷鐓鋼中存在表面缺陷，則在加工過(guò)程中容易引起應(yīng)力集中，并且促成冷鍛裂紋的形成和擴(kuò)展。因此，要求冷鐓鋼表面應(yīng)光滑，這就需要進(jìn)一步要求冷鐓鋼在鑄造和軋制過(guò)程中要嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝[3]。此外，表層脫碳也可視為一種表面質(zhì)量缺陷，其容易造成表層強(qiáng)度降低、疲勞破壞加快，所以在軋制過(guò)程中應(yīng)制定可靠的預(yù)防措施來(lái)減小脫碳厚度。

2 冷鐓鋼的質(zhì)量控制策略

2.1 冶煉階段

提高冷鐓鋼冶金質(zhì)量的主要措施有以下幾個(gè)方面。

（1）煉鋼過(guò)程中，必須控制化學(xué)成分的均勻性和穩(wěn)定性，減少爐膛之間的化學(xué)成分差異，可以利用LF爐的成分精調(diào)技術(shù)，精確控制每次澆筑的各種化學(xué)成分含量，通過(guò)對(duì)連鑄技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的控制，保證鋼坯成分的均勻性，并且有效縮小偏析成分。

（2）對(duì)于新爐、補(bǔ)爐和新包煉爐都禁止馬上用來(lái)熔煉冷鐓鋼，這樣容易產(chǎn)生爐渣，影響冷鐓鋼的冶金質(zhì)量；通過(guò)潔凈化處理和澆注保護(hù)來(lái)控制夾雜物數(shù)量和夾雜物顆粒大??；通過(guò)精煉或外部熱處理，可以有效地除去鋼中的硫、磷、氧和氫等有害元素，并且可以將氮和鋁的含量控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。另外，通過(guò)對(duì)原輔材料的嚴(yán)格管理，LF爐精煉和VD優(yōu)化操作，也可以有效控制氫、氧、氮的含量和夾雜物的形成。

（3）嚴(yán)格控制爐溫和加熱時(shí)間，防止坯料在爐內(nèi)過(guò)高或過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致奧氏體粗大，影響成品晶粒度，優(yōu)化冷軋控制工藝，保證顆粒狀珠光體組織的絕對(duì)數(shù)量。另外，可以采用M-EMS控制技術(shù)，以及先進(jìn)的冷卻技術(shù)，來(lái)改善鑄坯的疏松、偏析、裂紋、晶粒度細(xì)化等組織問(wèn)題，從而提高等軸晶比率，最高可達(dá)72%。

2.2 連鑄階段

必須在連續(xù)鑄造中控制鋼渣和內(nèi)、外部缺陷。例如，正確控制吹渣過(guò)程和轉(zhuǎn)爐下渣量，采用復(fù)合脫氧技術(shù)，使鋼中的氧含量降低；采用堿性中包覆蓋劑，既可有效降低鋼水的二次氧化，又可去除鋼中夾雜物[4]；另外，在生產(chǎn)中，采用全保護(hù)鑄造，確保長(zhǎng)噴嘴的Ar密封和浸入式噴嘴的良好密封，使浸入式噴嘴嚴(yán)格集中在鑄模中，可以有效防止二次氧化。

此外，在連續(xù)鑄造時(shí)，需要減輕枝晶偏析程度，它是由合金的冷卻速度及偏析元素的擴(kuò)散能力等因素決定的，可以通過(guò)加快冷卻速度，采用變質(zhì)處理來(lái)細(xì)化晶粒以縮小晶內(nèi)偏析的范圍；另外，也可以選擇一些適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣?lái)改變合金結(jié)晶性質(zhì)，降低偏析程度。

2.3 軋制準(zhǔn)備階段

軋制前，溝槽表面應(yīng)嚴(yán)格檢查和清洗，以保證冷鐓鋼表面質(zhì)量，并且加強(qiáng)鋼坯檢查和爐前質(zhì)量檢查，防止表面質(zhì)量問(wèn)題的鋼坯進(jìn)入下一道工序，最后還要選擇合適的軋輥和變形均勻的軋制系統(tǒng)，保證冷鐓鋼表面質(zhì)量，減少裂紋的產(chǎn)生。

2.4 軋鋼階段

軋鋼時(shí)，要求加熱溫度需均勻，截面溫差小于30℃，以防止板坯過(guò)熱，并有效控制脫碳層厚度；選擇合適的加熱溫度（大約940±20℃）、保溫時(shí)間和爐內(nèi)氣氛，防止溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而形成粗晶粒降低機(jī)械性能，減少表面燒損和脫碳；選擇合適的冷卻速度即軋制完成后冷鐓鋼保持一定傳送速度（可看作流動(dòng)空氣中冷卻），這樣有利于獲取細(xì)片狀珠光體，減少殘余應(yīng)力；控制鋼的冷卻參數(shù)，以確保將溫度精確控制在±10℃范圍內(nèi)，從而使產(chǎn)品具有良好的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能；使用延遲冷卻，使奧氏體充分進(jìn)行分解轉(zhuǎn)變，以便得到合適的鐵素體和珠光體晶粒，提高冷鐓鋼的強(qiáng)度，降低鋼內(nèi)殘余應(yīng)力，保持塑、韌性最佳狀態(tài)。另外，減少壓力加工次數(shù)，以獲得組織均勻的細(xì)晶粒冷鐓鋼，使其具有良好的綜合力學(xué)性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)冷鐓鋼在多年的生產(chǎn)制造過(guò)程中取得了一定的成果，但相對(duì)于歐美、日本這些國(guó)家來(lái)說(shuō)，還有一定的差距，所以在以后的研究和應(yīng)用中還有很多工作要做，本文簡(jiǎn)要提出幾點(diǎn)建議。

（1）根據(jù)冷鐓鋼的使用特點(diǎn)和質(zhì)量要求，制定對(duì)應(yīng)的冶煉工藝和軋制規(guī)程，并嚴(yán)格控制各種質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，修正不足或錯(cuò)誤的生產(chǎn)方式方法，并通過(guò)后期的研發(fā)與實(shí)踐，優(yōu)化各項(xiàng)生產(chǎn)工藝及其他生產(chǎn)要素，提升冷鐓鋼的性能和使用壽命。

（3）與其他先進(jìn)企業(yè)、研究單位或機(jī)構(gòu)合作，攻堅(jiān)各種質(zhì)量和技術(shù)難題，研發(fā)新型工藝、設(shè)備、材料和標(biāo)準(zhǔn)，以生產(chǎn)更高品質(zhì)的冷鐓鋼。