試論低碳高硫易切削鋼冷拔縱裂紋分析和改進(jìn)工藝措施

葛龍桂

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214429）

低碳高硫易切削鋼在冶煉過程中容易出現(xiàn)卷渣現(xiàn)象，在冷拔加工中，容易出現(xiàn)縱裂紋，因此，有必要對(duì)其冷拔縱裂紋成因進(jìn)行分析，以提升低碳高硫易切削鋼生產(chǎn)質(zhì)量。

1 低碳高硫易切削鋼冷拔縱裂紋現(xiàn)象

低碳高硫易切削鋼冷拔加工容易出現(xiàn)縱裂紋現(xiàn)象，比如以下兩個(gè)案例：

（1）某廠采用100t轉(zhuǎn)爐、165 mm×165 mm方坯連鑄機(jī)進(jìn)行低碳高硫易切削鋼加工生產(chǎn)，經(jīng)過緩冷后，軋制成材，然后檢驗(yàn)入庫。采用的冷拔料是φ14 mm熱軋盤卷，拋丸后冷拔成材，得到φ12mm成品材。低碳高硫易切削鋼的主要化學(xué)成分為C 0.07%，Mn 1.24%，P0.06%，S0.39%。

（2）另一個(gè)案例是直接將φ10 mm低碳高硫易切削鋼盤條，在不經(jīng)過熱處理情況下，一次冷拉成型。但是在拉拔到邊長8 mm左右的等邊六角棒時(shí)，出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象，且沿縱向連續(xù)分布，裂紋最長達(dá)到1.54 m。這種現(xiàn)象在整個(gè)盤條的加工中不斷出現(xiàn)。通過對(duì)其進(jìn)行顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)，在高倍顯微鏡下，試樣橫斷面裂紋長為560μm，裂紋周圍出現(xiàn)許多大顆粒的雜質(zhì)，最大程度達(dá)到70μm。裂紋出的金相組織和鋼材組織均為F+P，金相組織形態(tài)正常，鋼材組織晶粒度在7.5~8.0級(jí)之間，縱向雜質(zhì)評(píng)級(jí)符合要求。但分布在鋼材表面的大顆粒雜質(zhì)為異常現(xiàn)象，在正常生產(chǎn)過程中，不應(yīng)出現(xiàn)這種大顆粒雜質(zhì)。

2 低碳高硫易切削鋼冷拔縱裂紋成因分析

在上述兩個(gè)案例中，低碳高硫易切削鋼的冷拔加工過程均出現(xiàn)了縱裂紋現(xiàn)象。首先對(duì)案例1中的縱裂紋成因進(jìn)行分析，通過觀察發(fā)現(xiàn)，在其裂紋附近未出現(xiàn)氧化脫碳的現(xiàn)象，經(jīng)過能譜分析可確定，除保護(hù)渣成分外，裂紋周圍還存在Mn元素。這一現(xiàn)象是由于保護(hù)渣與錳的氧化物結(jié)合而產(chǎn)生的。同樣采用高倍鏡對(duì)裂紋內(nèi)部進(jìn)行觀察，也發(fā)現(xiàn)了大顆粒雜質(zhì)，其主要元素為 Na、Si、Ca、AL、K、Fe、O 等。由此可以判斷出，案例1中冷拔縱裂紋的出現(xiàn)，主要與連鑄過程中的卷渣氧化影響有關(guān)，卷渣氧化會(huì)導(dǎo)致鋼坯內(nèi)部出現(xiàn)缺陷，在軋制時(shí)，卷渣氧化引起的內(nèi)部缺陷未能焊合，導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋。另一方面，冷拔過程中大顆粒雜質(zhì)的進(jìn)入，會(huì)導(dǎo)致其冷拔過程出現(xiàn)不均勻變形，使裂紋擴(kuò)展，最終出現(xiàn)表面縱裂紋。

在案例2中，通過對(duì)試樣橫向裂紋附近的大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行電鏡掃描，然后進(jìn)行能譜分析，可以確定雜質(zhì)元素含量眾多，包括外來的Na、Mg和Zr元素等。其來源主要是冶煉環(huán)境的保護(hù)渣、耐火材料等。而這些大顆粒雜質(zhì)則是引起鋼材縱裂紋的主要原因，在拉拔過程中，由于雜質(zhì)難以變形，而基體持續(xù)變形，大顆粒雜質(zhì)在受到集體擠壓后，會(huì)因在拉拔方向承受的拉應(yīng)力斷裂而形成微小裂紋，如圖1所示。

圖1 僅表面雜物引發(fā)的裂縫

3 低碳高硫易切削鋼冷拔改進(jìn)工藝措施

3.1 對(duì)表面夾渣問題進(jìn)行嚴(yán)格控制

從上述分析可以看出，在低碳高硫易切削鋼的冷拔加工過程中，大顆粒雜質(zhì)的進(jìn)入，是導(dǎo)致縱裂紋出現(xiàn)的主要原因。大顆粒雜質(zhì)是由于冶煉過程中操作人員對(duì)保護(hù)渣、耐火材料等檢測不及時(shí)，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)其侵蝕現(xiàn)象，最終導(dǎo)致受侵蝕雜質(zhì)進(jìn)入到鋼液中，產(chǎn)生大顆粒雜質(zhì)現(xiàn)象。針對(duì)這一問題，一方面應(yīng)加強(qiáng)檢測，改進(jìn)操作流程，避免雜質(zhì)進(jìn)入。另一方面，由于切削專用保護(hù)渣改變了鋼液表面的物理特性，使其液面張力得到增加，有利于促進(jìn)鋼渣分離，可以利用這一特性，避免鑄坯表面出現(xiàn)夾渣等缺陷問題，進(jìn)而避免拉拔縱裂紋的產(chǎn)生。

3.2 保證冷拔過程的穩(wěn)定性

在低碳高硫易切削鋼的冷拔加工過程中，拉拔速度和澆鑄速度等，也會(huì)對(duì)其成型質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。目前在實(shí)際生產(chǎn)中，多采用熱冷工藝，比水量設(shè)計(jì)為0.83 L/kg。為防止在鑄坯時(shí)出現(xiàn)裂紋、漏鋼和卷渣等問題，需要保持整個(gè)操作過程的穩(wěn)定性。可以將拉拔速度控制在1.5m/min左右，始終保持拉速均勻。同時(shí)，也要保持澆鑄速度在一個(gè)水平上，進(jìn)而降低出現(xiàn)質(zhì)量問題的幾率。在以往的生產(chǎn)過程中，由于缺乏對(duì)冷拔過程工藝技術(shù)質(zhì)量的有效控制，導(dǎo)致操作速度不平穩(wěn)，進(jìn)而容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。

3.3 對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，通過采取工藝改進(jìn)措施，能將低碳高硫易切削鋼的冷拔縱裂紋比例降低20%左右，全面降低工藝技術(shù)存在的缺陷，確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量能夠滿足客戶需求，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)效益。工藝優(yōu)化前后的低碳高硫易切削鋼力學(xué)性能比較如表1所示。

表 1 工藝優(yōu)化前后的低碳高硫易切削鋼力學(xué)性能比較

4 結(jié) 語

綜上所述，低碳高硫易切削鋼的冷拔縱裂紋問題是一種常見現(xiàn)象，通過對(duì)其形成原因進(jìn)行分析，多個(gè)生產(chǎn)加工工藝流程都對(duì)其質(zhì)量有影響。通過在這些影響環(huán)節(jié)中分別采取工藝改進(jìn)措施，并對(duì)拉拔工程加以控制，提升拉拔操作的平穩(wěn)性，合理設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)，可以最大化的減少拉拔縱裂紋的出現(xiàn)，提高加工工藝水平。