王延蘋(píng)，徐 劍，徐正彪，趙 文

(日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276800)

380CL鋼因其良好的綜合力學(xué)性能，被廣泛用于制造商用車(chē)車(chē)輪輪輻、輪輞等。某車(chē)輪廠在使用某批次厚度為6.8 mm的380CL鋼制作φ22.5 mm×8.25 mm和φ17.5 mm×6.00 mm等型號(hào)車(chē)輪輪輞時(shí)，發(fā)現(xiàn)在輪輞外輪廓槽底圓角位置出現(xiàn)翹皮缺陷，導(dǎo)致輪輞表面無(wú)法進(jìn)行修復(fù)，報(bào)廢比例達(dá)5.1%，嚴(yán)重影響了輪輞的成材率和加工效率。本文采用化學(xué)成分分析、金相組織觀察和能譜檢測(cè)等手段對(duì)380CL鋼輪輞表面翹皮的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并進(jìn)行工藝優(yōu)化，進(jìn)而提高了輪輞合格率。

1 材料檢測(cè)分析

1.1 缺陷形貌

某車(chē)輪廠制造輪輞工藝流程為：鋼卷→開(kāi)平→分條→酸洗→卷圓→壓平→閃光對(duì)焊→去焊渣→擴(kuò)口→輥形→擴(kuò)漲→沖孔、組裝焊接→電泳→成品。在輥形工序，發(fā)現(xiàn)輪輞存在翹皮缺陷。翹皮主要位于輪輞槽底圓角位置，長(zhǎng)度不一，見(jiàn)圖1(a)；缺陷處可見(jiàn)明顯裂紋，由于裂紋深度較深，輪輞無(wú)法打磨修復(fù)合格。根據(jù)翹皮缺陷在輪輞寬度方向上的位置，對(duì)缺陷鋼卷制造輪輞過(guò)程進(jìn)行全流程工藝還原，確認(rèn)缺陷位于卷板傳動(dòng)側(cè)下表面邊部約120 mm處。同批次鋼卷在開(kāi)平過(guò)程中，肉眼檢查翹皮對(duì)應(yīng)位置鋼卷，表面無(wú)裂紋存在。

(a)翹皮形貌；(b)取樣位置

1.2 化學(xué)成分檢測(cè)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4336—2016，采用SMS2000直讀光譜分析儀，對(duì)380CL鋼輪輞表面翹皮附近的基體進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，如表1所示。其化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 380CL鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1.3 斷口形貌分析

在翹皮缺陷處取樣制成金相試樣，取樣位置如圖1(b)所示，采用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相組織觀察。試樣截面可見(jiàn)大量裂紋，裂紋尾部平行于表面延伸，最深約500 μm，如圖2所示。裂紋內(nèi)及裂紋尾部的延長(zhǎng)線上有氧化鐵分布，裂紋周?chē)植看嬖谘趸F和氧化圓點(diǎn)，腐蝕后可見(jiàn)裂紋周?chē)植拷M織存在明顯的晶粒粗大和脫碳現(xiàn)象，如圖3所示。試樣的基體組織為F+P+Fe3C，表層鐵素體為等軸F+少量多邊形F，晶粒度為10.5級(jí)，如圖4(a)所示；心部鐵素體為多邊形F+少量等軸F，晶粒度為9.0級(jí)，珠光體含量表層略大于心部，如圖4(b)所示。

圖2 翹皮缺陷形貌

圖3 裂紋周?chē)慕鹣嘟M織

(a)表層組織；(b)心部組織

采用EVOMA10型掃描電子顯微鏡，對(duì)試樣裂紋內(nèi)、裂紋延長(zhǎng)線及裂紋周?chē)M(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖5和表2所示。結(jié)果表明，各位置只含F(xiàn)e、O元素，無(wú)其他雜質(zhì)元素。

表2 不同位置的能譜檢驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

(a)裂紋內(nèi)；(b)裂紋延長(zhǎng)線；(c)裂紋周?chē)?/p>

2 原因分析

以上檢測(cè)結(jié)果表明：翹皮缺陷試樣截面可見(jiàn)大量裂紋，裂紋較深且周?chē)嬖谘趸瘓A點(diǎn)，翹皮缺陷組織存在脫碳及晶粒粗大現(xiàn)象。

鋼的脫碳組織形成原因較為復(fù)雜，一般需具備800 ℃以上溫度、氧化時(shí)間充分等條件[1-2]。鑄坯在加熱爐中的高溫條件下，碳原子向外擴(kuò)散與加熱爐中的氧結(jié)合，生成CO或CO2氣體逸出，使表層碳含量降低，從而表現(xiàn)為脫碳現(xiàn)象。出現(xiàn)晶粒粗大的原因主要是鑄坯裂紋內(nèi)部隨著溫度的升高，原子(特別是晶界原子)的移動(dòng)、擴(kuò)散能力不斷增強(qiáng)，晶粒之間并吞速度加劇，從而形成粗大的奧氏體[3-6]。

相關(guān)研究表明，氧化圓點(diǎn)可能在連鑄、加熱、軋制等階段形成，一般認(rèn)為鑄坯在高溫下氧元素通過(guò)缺陷擴(kuò)散氧化，從而形成氧化圓點(diǎn)[7-8]。由于缺陷處微觀組織出現(xiàn)脫碳及晶粒粗大現(xiàn)象，分析認(rèn)為鋼坯在加熱爐中較長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，氧原子沿著脫碳層向基體內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散，裂紋附近基體中的Si、Fe等易氧化元素與O結(jié)合，在鋼基體偏聚而形成球狀氧化圓點(diǎn)[7-8]。

根據(jù)氧化圓點(diǎn)、脫碳和晶粒粗大等局部組織的異常情況，確定缺陷產(chǎn)生原因?yàn)殍T坯表面存在裂紋，在加熱爐高溫條件下，氧原子深入裂紋內(nèi)部，在裂紋內(nèi)部或附近產(chǎn)生氧化圓點(diǎn)。由于裂紋處的受熱面積增大而局部溫度升高，裂紋處出現(xiàn)脫碳和晶粒粗大現(xiàn)象。隨著鋼板擴(kuò)口、輥形、擴(kuò)漲等工序的變形，缺陷部位裂紋擴(kuò)展，輪輞表現(xiàn)為表面翹皮。

3 結(jié)論

1)380CL鋼輪輞表面翹皮產(chǎn)生原因?yàn)樵箱摪逖趸F皮下存在微裂紋缺陷，在輪輞輥形等加工工序，皮下裂紋擴(kuò)展，進(jìn)而表面出現(xiàn)翹皮缺陷。

2)由于裂紋中存在氧化鐵、裂紋附近存在氧化圓點(diǎn)以及裂紋周?chē)M織局部存在明顯的晶粒粗大和脫碳現(xiàn)象，確定原材料缺陷產(chǎn)生于鑄坯進(jìn)入加熱爐之前，即鑄坯表面存在裂紋。