HZ330CL橫折缺陷原因分析與改進

李振華 王輝

摘要：在對車輪鋼HZ330CL橫折缺陷產生原因進行分析的基礎上，確定了鋼中C、N間隙原子是造成鋼卷開平過程變形不均勻進而產生橫折缺陷的主要原因。通過加入固氮元素“鈦”，減少鋼中“氣團”的產生，有效地避免了鋼卷橫折缺陷的產生。

關鍵詞：橫折；氣團；固氮

1前言

車輪鋼HZ330CL主要用于制造汽車用車輪輪轂，用戶使用時需將熱軋鋼卷開平、裁剪加工成條狀鋼板，然后進行輪輞加工。車輪鋼HZ330CL開發前期用戶在開平過程中，鋼卷多次出現開卷后橫向折痕缺陷，嚴重影響了河鋼邯鋼產品形象。為了改善質量，提高市場占有率，在對車輪鋼HZ330CL橫折缺陷產生原因進行分析的基礎上，確定了鋼中C、N間隙原子是造成鋼卷開平過程變形不均勻進而產生橫折缺陷的主要原因。通過加入固氮元素“鈦”，減少鋼中“氣團”的產生，有效地避免了鋼卷橫折缺陷的產生。

2橫折缺陷原因分析

車輪鋼HZ330CL主要采用低碳、低錳成分體系，抗拉強度330-370MPa，熱軋鋼卷狀態交貨。用戶使用開平過程中，出現開平后鋼板表面凹凸不平問題，觸摸有手感，缺陷照片見圖1。

從缺陷鋼卷進行取樣分析，在板寬1/4處取橫向拉伸試樣，試樣長度300mm，按GB/T 228中5號試樣進行加工，試樣原始標距50mm，平行長度的原始寬度25mm，在MTS 65/G電子拉伸試驗機進行力學拉伸性能檢測，所得力學拉伸曲線見圖2。

由圖2可以看出，拉伸曲線在屈服平臺階段存在明顯的上、下屈服波動，出現該現象的主要原因是鋼中N含量偏高時，C、N原子與鐵素體中刃型位錯線和螺旋位錯作用分別形成“柯氏氣團”和“史氏氣團”，兩種氣團在鋼卷在受外力作用時，可有效阻止位錯線滑移運動，使得外力持續上升，拉伸曲線出現上屈服點；位錯線繼續運動與氣團脫離后，位錯線滑移阻力恢復原有程度，屈服強度降低，拉伸曲線出現下屈服點[1]。

在鋼卷中N元素含量較高時，較多的“氣團”導致拉伸曲線屈服平臺波動較大，鋼卷在開平過程中，受外力作用產生受力變形不均問題，又稱“呂德斯帶”。

3改進措施

根據上述原因分析，想要改善HZ330CL橫折缺陷，可從以下兩個方面著手：①減少組織中“氣團”數量；②減少“氣團”對位錯運動的阻礙作用。

可采用的工藝優化措施主要有3種：

（1）嚴格煉鋼工藝過程控制，減少鋼水中N元素含量；

（2）鋼中加入適量固氮元素“鈦”，減少成品中游離態N元素含量；

（3）對鋼卷進行平整，在平整過程對鋼卷施加適當的載荷使位錯發生少量運動，擺脫“氣團”的釘扎作用。

上述三種措施均可減少“氣團”含量或減弱“氣團”作用，從而有效減少鋼卷開平過程褶皺缺陷的發生。但是由于煉鋼設備能力問題和成本問題，在實際生產中偏向于采用后兩種方式進行生產工藝改進。

4應用效果

實際生產中，分別采用冶煉過程中加入少量鈦合金和軋后過平整兩種措施進行實驗方案驗證，具體措施為：①產品熔煉成分要求中加入鈦元素，其質量分數控制范圍為0.01-0.02%，其它生產工藝保持原工藝不變；②在措施①的基礎上，將實驗鋼卷由平整機進行250噸載荷下平整。

對上述兩種工藝所生產鋼卷進行力學性能檢測，所得拉伸曲線見圖3和圖4，其中圖3中粉色曲線為原工藝拉伸曲線，其它顏色為加鈦工藝拉伸曲線，圖4中粉色和綠色曲線為加鈦工藝平整前拉伸曲線，其它顏色為平整后拉伸曲線。

由圖3和圖4可以看出，加入固氮元素“鈦”后，鋼卷拉伸曲線中屈服平臺波動情況明顯改善，可有效抑制“呂德斯帶”的發生；鋼卷過平整后，拉伸曲線中屈服平臺消失，可杜絕“呂德斯帶”發生。

上述兩種措施相比較，加入“鈦”元素雖無法完全杜絕“褶皺”問題發生，但成本增加僅5元/噸；而鋼卷過平整雖然可以杜絕“褶皺”問題發生，但存在一定的時效性，且放置幾個月后易出現拉伸曲線回復問題，且成本增加較多，約50元/噸。

5結語

熔煉成分增加鈦合金等優化措施實施后，已累計完成千余噸HZ330CL生產，開平過程橫折缺陷明顯改善，無一起相關質量異議提出，客戶滿意度明顯提升。

參考文獻

[1]宋維錫.金屬學[M].北京：冶金工業出版社，1995.

（作者單位：河鋼集團邯鋼公司連鑄連軋廠）