低碳高硫易切削鋼冷加工開裂分析

趙東記，蔡德鵬，徐凱

（青島鋼鐵控股集團有限責任公司，山東青島 266043）

試驗研究

低碳高硫易切削鋼冷加工開裂分析

趙東記，蔡德鵬，徐凱

（青島鋼鐵控股集團有限責任公司，山東青島 266043）

通過金相顯微鏡和掃描電鏡分析，發現低碳高硫易切削鋼開裂的原因為鋼材近表面的大顆粒夾雜物。大顆粒夾雜物中含有Zr、Na、Mg等元素，是冶煉過程水口和耐火材料的嚴重侵蝕及保護渣卷渣造成的。

低碳高硫易切削鋼；開裂；大顆粒夾雜物

1 前言

低碳易切削鋼主要用于制作受力較小而對尺寸和光潔度要求嚴格的家用電器、儀器、儀表、汽車、機床等行業標準件［1］。低碳高硫易切削鋼是一種生產難度較高的鋼種，在冶煉過程中易發生卷渣現象［2］，在鋼材中形成大顆粒夾雜，導致在使用加工過程中易發生開裂。青鋼針對客戶寄回的質量異議試樣，通過高倍顯微鏡和掃描電鏡進行分析，得出大顆粒夾雜物是引起低碳易切削鋼盤條冷拉拔為等邊六角棒開裂的主要原因。

2 開裂情況及原因分析

2.1 試樣裂紋描述

客戶將直徑為10 mm規格的低碳易切削鋼盤條不經過熱處理一次冷拉成型，拉拔至邊長為8.0 mm等邊六角棒時發現開裂。裂紋沿縱向連續分布，最長為1.54 m，在整件盤條中斷續出現。將客戶寄回的六角棒試樣進行檢驗分析，查找裂紋產生的原因。

2.2 顯微組織分析

試樣橫截面高倍顯示：裂紋長560 μm且裂紋周圍及試樣近表面存在大量大顆粒夾雜物，見圖1；橫截面最長夾雜物長70 μm，縱向長度因無法定位切割未測量；裂紋處金相組織為F+P，為正常組織形態，見圖2。對試樣進行常規項目檢驗，分析結果顯示：鋼材的組織為F+P，晶粒度為7.5～8.0級，心部縱向夾雜物評級為A＞3級、D 0.5級，均符合要求。而圖1所示分布在鋼材近表面的大顆粒夾雜物屬于異?，F象，在盤條的常規生產檢測過程中，鋼材的橫截面不應出現大顆粒夾雜物。

圖1 近表面夾雜物50×

圖2 裂紋處組織500×

2.3 掃描電鏡檢測

對試樣橫向裂紋處、裂紋附近以及近表面的大顆粒夾雜物進行電鏡掃描及能譜分析，檢測結果見圖3（其中w為質量分數，%；x為原子分數，%）。

圖3 試樣掃描電鏡及能譜分析結果（橫向）

電鏡掃描結果顯示，橫向裂紋處、裂紋附近以及近表面夾雜物的元素較多。還存在外來異常元素，如Zr、Na、Mg等，這些元素成分與冶煉環節中的水口、保護渣和耐火材料等有關［3］，說明冶煉及澆鑄過程存在水口和耐火材料侵蝕及保護渣卷渣等異?，F象。

2.4 開裂原因分析

通過對試樣進行高倍顯微鏡分析和掃描電鏡分析得知，引起開裂的原因為鋼材近表面存在大量大顆粒夾雜物。大顆粒夾雜物主要是在冶煉過程中，現場操作人員對水口、保護渣和耐材的在線檢測不及時，發生侵蝕現象時沒能及時發現，使被侵蝕掉的雜質帶入鋼液中而形成。

在冷拉拔過程中大顆粒夾雜物難以變形，在基體變形的同時，大顆粒夾雜物受到周圍基體的擠壓，在拉拔方向承受拉應力斷裂形成微裂紋；同時由于大顆粒夾雜物與鋼材基體的塑性不同，在變形過程中，大顆粒夾雜物與鋼基體之間也會形成微裂紋［4］。隨著拉拔的進行，應力沿微裂紋得到釋放產生裂縫［4］；因大顆粒夾雜物沿縱向斷續分布且處于近表面，所以在拉拔過程中，裂紋會隨著拉拔的進行持續擴展、放大，于是就產生了沿材料拉拔方向的長裂紋，造成材料報廢。

3 結語

鋼材近表面的大顆粒夾雜物在拉拔過程中容易導致材料發生開裂，而大顆粒夾雜是由冶煉過程中卷渣造成的。低碳高硫易切削鋼在冶煉及澆鑄過程中極易出現卷渣現象，使盤條內部存在大顆粒夾雜物，所以在冶煉及澆鑄過程中應采取防范措施，并加強對成品盤條中橫向大顆粒夾雜物的檢測，保證出庫盤條的質量。

［1］周平，劉景華，衣中文.國內外易切削鋼綜述［J］.萊鋼科技，2004（6）：63-64，90.

［2］殷瑞鈺.鋼的質量現代進展（特殊鋼）［M］.北京：冶金工業出版社，1995.

［3］合金鋼鋼種手冊編寫組.合金鋼鋼種手冊（第二冊）［M］.北京：冶金工業出版社，1983.

［4］董履仁.鋼中大型非金屬夾雜物［M］.北京：冶金工業出版社，1991.

Cold Cracking Analysis of Low Carbon High Sulfur Free-cutting Steel

ZHAO Dongji,CAI Depeng,XU Kai
（Qingdao Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Qingdao 266043,China）

By means of metallographic microscope and scanning electron microscope analysis,found that cracking of low-carbon high sulfur free cutting steel is caused by the large particle inclusions near the surface of steel.The large size inclusions contain Zr,Na,Mg and other elements,which is caused by severe erosion of outlet and refractory in smelting process and the entrapment of mold flux.

low carbon high sulfur free-cutting steel;cracking;large size inclusion

TG115.2

A

1004-4620（2013）01-0042-02

2012-06-11

趙東記，男，1980年生，2005年畢業于武漢科技大學材料成型及控制工程專業?，F為青鋼技術中心工程師，從事新產品研發工作。