汽車減震器套管用鋼LAX340Y410T質(zhì)量提升工藝實踐

張正波

(寶武杰富意特殊鋼有限公司，廣東 韶關(guān) 512123)

LAX340Y410T屬于高強度低合金鋼，要求屈服強度大于340 MPa，抗拉強度大于410 MPa。LAX340Y410T多用于汽車板材，而圓棒應用較少。通常配套汽車減震器套管的原材料為棒材，經(jīng)過穿管加工后主要應用于汽車減震器套管配件等關(guān)鍵部位，對其表面質(zhì)量有較高要求，且要求具有良好的冷加工、成型和機械性能。LAX340Y410T主要供美國克萊斯勒大捷龍汽車車型減震器套管用汽車配件，國內(nèi)生產(chǎn)廠家應用較少。寶武杰富意特殊鋼有限公司首次試制汽車減震器套管用鋼LAX340Y410T，產(chǎn)品性能指標滿足標準要求，但圓鋼表面存在通條裂紋、爛鋼等缺陷，表面漏磁探傷初檢合格率僅3.13%。本文針對上述現(xiàn)象進行工藝技術(shù)優(yōu)化研究，以期提高LAX340Y410T圓鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

1 問題分析

1.1 LAX340Y410T生產(chǎn)工藝流程

LAX340Y410T生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→KR脫硫→轉(zhuǎn)爐→LF→RH→連鑄機→加熱爐→高壓水除磷→中棒軋機→探傷→檢驗入庫。

1.2 問題闡述

LAX340Y410T屬于低碳低合金鋼，但對強度有要求。產(chǎn)品開始試制階段，成分設(shè)計添加強碳化物形成元素V，V的主要作用是沉淀強化，通過增加相變的過冷度來細化鐵素體和珠光體，提高V在高溫下的溶解度從而起到沉淀強化的作用[1-4]。同時，在冶煉過程進行氮氣環(huán)流，目的是使微合金元素以碳/氮化物在鐵素體和珠光體中析出，起到強化作用，使其強度滿足標準要求。首次開發(fā)試制LAX340Y410T鋼成分設(shè)計見表1。

表1 LAX340Y410T鋼的成分設(shè)計(質(zhì)量分數(shù)，%)

將首次冶煉的LAX340Y410T投料軋制成規(guī)格為φ60 mm的圓鋼。軋制過程中發(fā)現(xiàn)圓鋼表面存在通條裂紋缺陷。跟蹤發(fā)現(xiàn)鋼坯加熱出爐經(jīng)粗軋后鋼坯角部有角裂缺陷，精軋后形成通條裂紋缺陷。對該批次圓鋼進行表面漏磁探傷，探傷合格率僅為3.13%，見表2。鋼材表面缺陷如圖1、圖2所示；鋼材的屈服強度和抗拉強度見表3，均滿足標準要求。

表2 表面漏磁探傷合格率

圖1 鑄坯初軋表面角部缺陷Fig.1 Surface corner defects of cast slab after blooming

圖2 圓鋼表面缺陷Fig.2 Surface defects of round steel

表3 力學性能

1.3 缺陷分析

在圓鋼缺陷部位取樣進行金相組織觀察，如圖3所示。從圖中可以看出，腐蝕前裂紋周圍無異常夾雜物，見圖3(a)；腐蝕后裂紋周圍有脫碳，且裂紋內(nèi)有大量氧化鐵及氧化質(zhì)點，見圖3(b)，這說明裂紋缺陷產(chǎn)生于軋制前，裂紋缺陷經(jīng)加熱爐高溫加熱后在缺陷周圍產(chǎn)生氧化質(zhì)點和脫碳。結(jié)合軋制過程中鑄坯出爐，經(jīng)初軋后發(fā)現(xiàn)鋼材表面存在角部裂紋，這進一步驗證裂紋缺陷產(chǎn)生于軋制前。

(a)腐蝕前；(b)腐蝕后圖3 腐蝕前后裂紋缺陷(a)before corrosion; (b)after corrosionFig.3 Crack defects before and after corrosion

1.4 鑄坯剝皮與未剝皮生產(chǎn)試驗

1.4.1試驗情況

為了進一步明確裂紋缺陷是在加熱過程中產(chǎn)生的，還是鑄坯自身就存在。對庫存未軋制的鑄坯進行剝皮觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在剝皮過程中鑄坯的四個表面均存在深度約2～3 mm的凹坑缺陷，如圖4所示。

圖4 鑄坯剝皮表面凹坑缺陷Fig.4 Pit defects on the surface of cast billet after peeling

對同爐號鑄坯進行剝皮和不剝皮的軋制試驗。試驗方案為：未剝皮的2支鑄坯，其中1支穿水軋制，另1支未穿水軋制；而剝皮的6支鑄坯(剝皮至表面無肉眼可見凹坑缺陷)將其中3支進行穿水軋制，另3支未穿水軋制。試驗結(jié)果見表4。由表4可知，剝皮和不剝皮鑄坯軋制的圓鋼表面均存在通條裂紋、翹皮等缺陷。未剝皮鑄坯軋制的圓鋼表面探傷合格率為0，而經(jīng)穿水軋制與不穿水軋制的剝皮鑄坯圓鋼表面探傷合格率分別為24.6%和30.88%。

表4 剝皮和不剝皮鑄坯的軋制試驗情況

1.4.2裂紋缺陷分析

在剝皮鑄坯軋制圓鋼和未剝皮鑄坯軋制的圓鋼缺陷部位分別取樣進行組織觀察，如圖5所示。由圖5可知，未剝皮鑄坯與剝皮軋制的圓鋼缺陷組織形貌比較類似，缺陷處均有大量氧化鐵，裂紋兩側(cè)可見大量內(nèi)氧化，裂紋內(nèi)及周圍無夾雜物存在。腐蝕后，裂紋處有脫碳現(xiàn)象。這說明裂紋與非金屬夾雜無關(guān)，缺陷已在軋制前產(chǎn)生。根據(jù)鑄坯剝皮后軋制的圓鋼也出現(xiàn)裂紋缺陷，這說明LAX340Y410T的應力裂紋敏感性較強，由于鑄坯未緩冷，應力未釋放完全，鑄坯在加熱過程中容易產(chǎn)生裂紋缺陷。根據(jù)圓鋼表面探傷結(jié)果，剝皮鑄坯軋制圓鋼的探傷合格率比未剝皮的高，說明鑄坯表面存在的凹坑缺陷會在加熱過程中因應力集中加劇裂紋的擴展，從而導致探傷合格率下降。

(a)未剝皮鑄坯，腐蝕前；(b)未剝皮鑄坯，腐蝕后；(c)剝皮鑄坯，腐蝕前；(d)剝皮鑄坯，腐蝕后圖5 剝皮和未剝皮鑄坯軋制圓鋼缺陷50×(a)unpeeled cast billet,before corrosion;(b)unpeeled cast billet,after corrosion;(c)peeled cast billet,before corrosion;(d)peeled cast billet,after corrosionFig.5 Defects of rolled round steel of peeled and unpeeled cast billet 50×

1.5 鑄坯凹坑缺陷產(chǎn)生原因分析

LAX340Y410T鋼含碳量≤0.12%，屬于典型的亞包晶鋼，裂紋敏感性較強，鑄坯表面凹坑缺陷的產(chǎn)生主要與亞包晶鋼裂紋敏感性強有關(guān)。另外，鋼成分中加入N元素會進一步提高裂紋敏感性，這是因為N易與V生成脆性氮化物，連鑄坯中的氮化物和碳氮化物在振痕凹處易析出，導致局部的熱韌性降低[5]。LAX340Y410T鋼屬于低碳亞包晶鋼，振痕較深，深振痕將使應力更集中，鑄坯表面裂紋和凹坑缺陷在深振痕的凹處易于形成并長大。因此，鑄坯凹坑缺陷的產(chǎn)生與亞包晶鋼LAX340Y410T中加入了N元素有關(guān)。

2 工藝優(yōu)化實踐

根據(jù)以上分析結(jié)果，對工藝進行優(yōu)化調(diào)整，并再次進行試制。

2.1 工藝改善方案

工藝改善方案為：優(yōu)化調(diào)整材料成分、增加鑄坯緩冷和降低加熱爐預熱溫度。成分設(shè)計從成本考慮將C、Si元素按標準要求上限控制，降低微合金強化元素V的含量。同時，取消冶煉過程中氮氣環(huán)流，且鑄坯進行緩冷。

2.2 工藝試驗情況

根據(jù)工藝優(yōu)化方案再次進行試制，冶煉過程正常，成分滿足設(shè)計要求。N含量測量值為49.4 ppm，見表5。成分優(yōu)化調(diào)整后鑄坯力學性能滿足標準要求，見表6。

表5 成分優(yōu)化調(diào)整(質(zhì)量分數(shù)，%)

表6 工藝優(yōu)化后材料的力學性能

鑄坯未見明顯異常缺陷，輕微剝皮后未見明顯凹坑、裂紋等缺陷，如圖6所示。鑄坯經(jīng)緩冷后軋制成規(guī)格為φ60 mm的圓鋼，軋制過程正常，圓鋼表面無肉眼可見的翹皮、通條裂紋等缺陷，圓鋼表面漏磁探傷初檢合格率達到90.2%，總合格率達到98%。

圖6 鑄坯剝皮表面質(zhì)量Fig.6 Surface quality of peeled cast billets

3 結(jié)論

1)嚴格控制LAX340Y410T鋼中N含量，可減少鑄坯表面裂紋和凹坑缺陷。

2)通過鑄坯緩冷，可有效防止應力裂紋產(chǎn)生。

3)通過制定針對性工藝改善措施，LAX340Y410T圓鋼表面探傷合格率由初次試制的3.13%提升至90.2%，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。