不銹鋼拉深制品時(shí)效開裂原因分析

王宏霞,李 鐵,李志平,汪麗麗

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪 271100)

不銹鋼拉深制品時(shí)效開裂原因分析

王宏霞,李 鐵,李志平,汪麗麗

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪 271100)

通過對(duì)不銹鋼冷軋板拉深時(shí)效開裂試樣進(jìn)行金相分析和掃描電鏡分析,確定試樣中數(shù)量較多的夾雜物及拉深變形應(yīng)力是導(dǎo)致材料發(fā)生時(shí)效開裂的主要原因。提出在現(xiàn)有拉深工藝和鋼板成分條件下,試樣拉深后及時(shí)進(jìn)行熱處理可減少時(shí)效開裂幾率。

不銹鋼冷軋板;解理斷口;拉深;時(shí)效開裂

1 引言

不銹鋼板拉深開裂有時(shí)發(fā)生在拉深變形之后,有時(shí)當(dāng)拉深件由凹模內(nèi)退出時(shí)立即發(fā)生,有時(shí)在拉深變形后受撞擊或振動(dòng)時(shí)發(fā)生,也有時(shí)在拉深變形后經(jīng)過一段時(shí)間的存放或在使用過程中才發(fā)生。以下針對(duì)不銹鋼板拉深時(shí)產(chǎn)生缺陷的原因進(jìn)行了分析,并提出解決措施。

2 試樣的截取及試驗(yàn)方法

送檢材料為201不銹鋼拉深制品,見圖1。對(duì)送檢的拉深延遲開裂試樣進(jìn)行宏觀檢測(cè)、采集宏觀圖片,選取典型部位截取試樣,試樣截取示意圖見圖2。

截取金相試樣,磨制、拋光后在GX51金相顯微鏡上進(jìn)行夾雜物和組織檢測(cè);截取開裂部位的斷口試樣,利用XL-30掃描電子顯微鏡進(jìn)行電鏡能譜分析;利用TMV-1顯微硬度計(jì)進(jìn)行硬度檢測(cè)。

圖1 送檢材料

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 宏觀檢驗(yàn)

經(jīng)宏觀檢測(cè)試樣存在兩條與拉深方向相同的裂紋,裂紋長(zhǎng)度約為拉深深度的二分之一,靠近口部的裂紋均止于加熱后表面氧化呈深藍(lán)色的區(qū)域。經(jīng)測(cè)量口部經(jīng)熱處理的部位厚度在0.45～0.5 mm,而開裂部位厚度為0.4 mm。

圖2 試樣截取示意圖

3.2 顯微硬度檢測(cè)

通過對(duì)拉深件口部和中間開裂部位進(jìn)行顯微硬度檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果見表1。由表1可知中間開裂部位較口部經(jīng)熱處理的部位硬度高。

表1 顯微硬度檢測(cè)結(jié)果

3.3 金相分析

沿拉深變形方向磨制試樣,拋光后發(fā)現(xiàn)試樣中夾雜物較多,主要為B類氧化鋁夾雜2.0級(jí)、C類硅酸鹽夾雜2.5級(jí)。試樣中典型夾雜物見圖3。

試樣經(jīng)苦味酸鹽酸酒精溶液腐蝕,觀察試樣組織。圖4a為拉深口部火焰加熱部位的組織,圖4b為正常拉深變形部位的組織,由圖可知正常部位的誘發(fā)馬氏體相明顯高于口部經(jīng)熱處理的試樣。

磨制表面試樣,拋光后發(fā)現(xiàn)試樣面上有較多彎曲的顯微裂紋,見圖5a。試樣腐蝕后組織為奧氏體和形變馬氏體,見圖5b,利用圖像分析軟件進(jìn)行誘發(fā)馬氏體相含量測(cè)定,經(jīng)測(cè)量形變馬氏體含量最低為11%,最高為17%,平均13%。

3.4 斷口電鏡能譜分析

電鏡下拉深延遲開裂斷口形貌見圖6,放大后發(fā)現(xiàn)斷裂形態(tài)為解理斷裂,見圖7。

對(duì)斷口進(jìn)行能譜微區(qū)成分分析,發(fā)現(xiàn)斷面上有夾雜物,其主要非基體元素有O、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca,具體分析結(jié)果見圖8、圖9及表1、表2。

圖3 試樣中典型夾雜物

圖4 試樣組織

圖5 拉深表面試樣

圖6 電鏡下斷口形貌

圖7 解理斷裂

圖8 能譜分析圖

表1 圖8各點(diǎn)能譜分析結(jié)果(wt%)

圖9 能譜分析圖

4 討論

拉深件表面存在兩條與拉深方向相同的裂紋,裂紋長(zhǎng)度約為拉深深度的二分之一,靠近口部的裂紋均終止于加熱后表面氧化呈深藍(lán)色的區(qū)域,經(jīng)測(cè)量口部經(jīng)熱處理的部位厚度在0.45～0.5 mm,開裂部位厚度為0.4 mm。開裂部位硬度明顯高于口部熱處理后未發(fā)生開裂的部位。平行于開裂方向磨制金相試樣,夾雜物主要為B2.0級(jí)、C2.5級(jí),組織為奧氏體和形變馬氏體,且開裂部位的形變馬氏體數(shù)量明顯高于口部經(jīng)加熱處理的部位。磨制拉深表面試樣發(fā)現(xiàn)試樣面上有顯微裂紋,形變馬氏體平均含量為13%。開裂部位斷口的斷裂形態(tài)為解理斷裂,能譜分析斷面上有SiO2-Al2O3-MnS復(fù)合夾雜物。

表2 圖9各點(diǎn)能譜分析結(jié)果(wt%)

開裂部位斷口為解理斷裂,這種斷裂形態(tài)常見于體心立方和密排六方金屬及合金,低溫、沖擊載荷和應(yīng)力集中常促使解理斷裂的發(fā)生,面心立方金屬很少發(fā)生解理斷裂。201不銹鋼為亞穩(wěn)定型,在變形時(shí)會(huì)發(fā)生相變,誘發(fā)馬氏體相。馬氏體相較脆,因此容易發(fā)生開裂。在塑性變形時(shí),隨著變形量的增大,誘發(fā)的馬氏體相含量也將隨著變形量的增大而增高,殘余應(yīng)力也越大。誘發(fā)的馬氏體相含量越高,引起的殘余應(yīng)力也越大,在加工過程中也就越易開裂。

試樣存在數(shù)量較多的夾雜物,在拉深變形過程中夾雜物易導(dǎo)致應(yīng)力集中,成為裂紋源。經(jīng)測(cè)量拉深件開裂部位減薄量大即拉深變形量大,即材料形成的誘發(fā)馬氏體相含量高、應(yīng)力大,拉深變形后試樣降至常溫,材料發(fā)生收縮,在應(yīng)力作用下首先沿夾雜物部位產(chǎn)生開裂。

經(jīng)熱處理的部位誘發(fā)馬氏體相含量和顯微硬度明顯降低,避免開裂裂紋的繼續(xù)擴(kuò)展,說明熱處理可消除或減小材料變形應(yīng)力和組織應(yīng)力,對(duì)降低時(shí)效開裂幾率有效。

5 結(jié)論

拉深后制品溫度降至常溫,材料發(fā)生收縮,在應(yīng)力作用下易沿夾雜物部位產(chǎn)生開裂。拉深后及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火處理可有效減少時(shí)效開裂的幾率。

Analysis of Stainless Steel Products for Season Cracking in Deep-drawing

WANG Hongxia,LI Tie,LI Zhiping,WANG Lili
(Shandong Taishan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271100,Shandong,China)

In this paper,through the analysis of metallographic analysis and SEM of 201 stainless steel cold-rolled sheet drawing aging crack specimen,determine that a number of inclusion and specimen drawing deformation stress is the main cause of material cracking.And in the existing drawing process and plate component conditions,sample drawing in time after the heat treatment can reduce the risk of cracking.

stainless steel,cleavage fracture,deep-drawing,season cracking

TG142.71

A

1001-5108(2017)01-0031-04

王宏霞,高級(jí)工程師,主要從事金屬材料分析與研究工作。