任俊威，張吉富，王剛，楊玉

（1.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

45鋼由于具有較好的加工性能和低成本的熱處理工藝，加工性價比較好，在五金、機(jī)械結(jié)構(gòu)、車輛用鋼上應(yīng)用較為廣泛［1］。相比較于窄帶鋼生產(chǎn)工藝，目前普遍采用常規(guī)熱軋寬帶鋼流程生產(chǎn)帶鋼工藝，具有生產(chǎn)效率更高，替代性強(qiáng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)。但用戶在使用熱軋原料加工過程中，經(jīng)常會發(fā)生沖壓或折彎開裂問題，造成對原料質(zhì)量的抱怨。本文對45鋼常見的典型開裂缺陷進(jìn)行了金相檢測和原因分析，并在生產(chǎn)工藝上進(jìn)行改進(jìn)，取得了良好的效果。

1 典型開裂缺陷形貌

用戶加工流程通常為開平-剪裁-沖壓-成型和酸洗-分切-冷軋等，在成型折彎或分切冷軋過程產(chǎn)生的典型折彎開裂缺陷見圖1。

圖1 45鋼折彎開裂缺陷Fig.1 Bending&Cracking Defects of 45 Steel

裂紋一般發(fā)生在折彎圓弧處，裂紋開口于試樣表面，沿圓弧面走向拓展，并由表面向內(nèi)部延伸，呈齒狀向內(nèi)延伸擴(kuò)展，由寬及細(xì)，尖端分叉或呈折線狀；分切冷軋開裂缺陷一般由邊部向橫向?qū)挾妊由欤叢繛榱鸭y源，原料卷上可存在多處。用戶加工時發(fā)生開裂缺陷的工件常指向?yàn)橥痪砘蛲a(chǎn)批次鋼卷，與熱軋原料質(zhì)量密切相關(guān)。

2 開裂原因分析

采用GX51光學(xué)顯微鏡對裂紋開裂缺陷進(jìn)行金相檢測，通過對裂紋金相檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，造成45號鋼板開裂的原因如下。

2.1 夾雜物或帶狀組織

鋼板內(nèi)部夾雜物形態(tài)見圖2，夾雜物的存在破壞了鋼板基體的連續(xù)性，使得鋼板強(qiáng)度和塑性變差。帶狀組織形態(tài)見圖3，帶狀組織的存在使得鋼板基體強(qiáng)度不均勻，較高級別的夾雜物和帶狀組織使得加工性能變差，在折彎過程中應(yīng)力集中區(qū)域就容易產(chǎn)生開裂［2］。這類缺陷為常見的開裂原因。

圖2 夾雜物缺陷Fig.2 Inclusion Defects

圖3 帶狀組織缺陷Fig.3 Banded Microstructural Defects

2.2 殘余應(yīng)力

在熱軋過程中，金屬由于塑性變形產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，在高溫回復(fù)再結(jié)晶過程可緩解。在冷卻過程中，如果存在冷卻不均或冷速過大的情況，在鋼板上就產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力。如果在原料殘余應(yīng)力較大的時候開始加工，加工應(yīng)力與殘余應(yīng)力相互重合，使得金屬內(nèi)部變形應(yīng)力超過了材料抗拉極限，就會造成應(yīng)力開裂。金相觀察裂紋形態(tài)，一般可觀察到組織應(yīng)力開裂狀態(tài)。對于含碳、硅較高的45鋼，殘余應(yīng)力影響更為明顯。組織應(yīng)力開裂缺陷見圖4。

圖4 組織應(yīng)力開裂缺陷Fig.4 Microstructural Stress Cracking Defects

2.3 脫碳和晶界氧化

如果原料表面嚴(yán)重脫碳或存在晶界氧化開裂，形成多條微觀裂紋，裂紋由表層向基體內(nèi)部延伸，雖然宏觀基體表面較平整，但在表層受力后微觀裂紋形成開裂源頭，裂紋開始擴(kuò)展，形成宏觀開裂缺陷，脫碳缺陷和晶界氧化缺陷見圖5、圖6。

圖5 脫碳缺陷Fig.5 Decarburization Defects

圖6 晶界氧化缺陷Fig.6 Grain Boundary Oxidation Defects

2.4 組織不均勻

連鑄板坯成分不均勻可造成熱軋后帶鋼組織不均勻，如碳成分不均造成軋后組織不均；45鋼組織一般為鐵素體和珠光體組織，鐵素體和珠光體通常呈現(xiàn)塊狀或團(tuán)狀，但如出現(xiàn)網(wǎng)狀的鐵素體形態(tài)或索氏體、屈氏體混合組織，造成嚴(yán)重的組織不均勻狀態(tài)，對材料的加工性能會產(chǎn)生不良的影響［3］；珠光體片層間距和珠光體球團(tuán)尺寸的大小對鋼板的力學(xué)性能有很大的影響［4］，一般組織中常見片層狀狀珠光體。鋼軋后不同組織狀態(tài)對比見圖7。

圖7 組織不均缺陷Fig.7 Uneven Microstructural Defects

3 改善方案

熱軋45鋼用戶使用開裂缺陷主要與鋼材內(nèi)夾雜物、帶狀組織、脫碳晶界氧化、殘余應(yīng)力和組織均勻性有關(guān)，實(shí)際生產(chǎn)中可能存在一種以上缺陷綜合影響。煉鋼和熱軋工藝控制對成品的使用性能有直接的影響，通過優(yōu)化精煉工藝，使夾雜物充分變性，做好保護(hù)渣選擇，適當(dāng)提高渣層厚度，提高鋼質(zhì)純潔度［5］，控制板坯內(nèi)部夾雜物級別；通過選擇合適的熱軋工藝，控制終軋溫度、卷取溫度等參數(shù)，避免層流局部異常冷卻，降低偏析帶狀的嚴(yán)重程度和改善熱軋的組織均勻性，可以針對性減少開裂產(chǎn)生的廢品。

45鋼的熱軋生產(chǎn)工藝決定了軋后的組織狀態(tài)，各相組織的形態(tài)尺寸等與用戶的加工工藝匹配性是應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)。一般來說，沖壓工藝要求材質(zhì)強(qiáng)度偏低，塑性相對較好；折彎工藝要求殘余應(yīng)力小，各向組織均勻，脫碳層小。如忽視原料的內(nèi)部組織狀態(tài)，采用不匹配的加工過程，很容易造成批量開裂等廢品損失。對于鋼廠來說，需要區(qū)分用戶加工工藝，制定合理的生產(chǎn)工藝，滿足客戶加工質(zhì)量要求；同時用戶使用產(chǎn)品前結(jié)合鋼廠的原料特性如碳成分、組織狀態(tài)等進(jìn)行評價選擇，必要時增加原料的各項(xiàng)檢驗(yàn)檢查，以預(yù)防材料性能對模具和工件的不良影響。

4 實(shí)施效果

在鞍鋼1580線進(jìn)行開裂改善工作，對45帶鋼生產(chǎn)過程中的煉鋼鋼質(zhì)純凈度、熱軋加熱工藝和軋后冷卻控制進(jìn)行了優(yōu)化，并依據(jù)客戶加工方式與熱軋工藝進(jìn)行了匹配性改進(jìn)，經(jīng)一段實(shí)施時間后統(tǒng)計對比，用戶反饋開裂缺陷比例由原來的0.5%下降到0.12%以下，驗(yàn)證了改進(jìn)措施的有效性，鋼軋后表面脫碳和帶狀組織控制效果見圖8、圖9。

圖8 表面脫碳Fig.8 Surface Decarburization

圖9 帶狀組織控制效果Fig.9 Control Effect for Banded Microstructures

5 結(jié)論

（1）夾雜物級別高是導(dǎo)致加工開裂的常見缺陷。優(yōu)化煉鋼工序生產(chǎn)工藝，降低45鋼夾雜物級別，提高鋼質(zhì)純凈度能有效改善用戶加工開裂問題。

（2）控制熱軋板坯在燒鋼過程中的脫碳層比例，合理確定爐內(nèi)氣氛、加熱時間、加熱溫度等參數(shù)，避免嚴(yán)重脫碳和晶界氧化，對于改善折彎類加工開裂有較好的效果。

（3）根據(jù)下游加工方式匹配相應(yīng)的熱軋軋制溫度工藝，避免帶鋼局部異常冷卻等，使得帶鋼組織均勻，減少殘余應(yīng)力，改善加工性能。