SWRCH22A 螺栓冷鐓開裂原因分析及改善措施

王揚發， 農之江， 吳德興

（寶武集團廣東韶關鋼鐵有限公司， 廣東 韶關 512123）

冷鐓螺栓作為常用緊固件，廣泛應用于汽車、機械、建筑、輕工等行業。國內某金屬加工廠生產的SWRCH22A 螺栓的加工工藝為：機械剝殼→粗拉→退火→酸洗磷化皂化→精拉→冷鐓成型。使用Φ6.5 mmSWRCH22A 高線盤條拉拔至Φ3.35 mm 成品鋼絲打制螺栓，出現螺栓頭部開裂質量問題。取開裂螺栓進行檢測，分析開裂原因，并提出改善措施。

1 生產工藝

冷鐓鋼SWRCH22A 的生產工藝流程如下：高爐鐵水→脫硫處理→轉爐冶煉→吹氬→LF 爐處理→連鑄→鑄坯檢查→鑄坯下送→方坯驗收→方坯加熱→高線軋制→斯太爾摩控冷→散卷收集→盤卷表面質量檢測→包裝打捆→稱質量入庫。該鋼種的化學成分見表1。

表1 SWRCH22A 冶煉化學成分 %

2 檢測過程與結果

2.1 宏觀分析

采用體視顯微鏡對13 支SWRCH22A 螺栓樣品進行觀察。

13 支螺栓頭部開裂對應的螺桿部位均存在長條線狀缺陷。由此推測，螺栓冷鐓開裂是由于螺桿表面線狀缺陷在冷鐓過程擴展導致，見圖1。

2.2 金相檢測

選取開裂程度較嚴重的螺栓取頭部開裂對應桿部橫向樣進行金相檢測。

螺桿基體組織為粒狀珠光體。

螺栓頭部開裂對應桿部線缺陷在金相下有深約128 μm 的裂紋，裂紋呈彎曲狀向內延伸，裂紋內含灰色夾雜，見圖2 和圖3。

圖1 螺栓頭部開裂形貌（100×）

圖2 開裂對應桿部裂紋形貌（未腐蝕，500×）

圖3 開裂對應桿部裂紋形貌（腐蝕，500×）

2.3 電鏡能譜檢測

對金相下發現的裂紋內灰色夾雜進行電鏡能譜檢測。

試樣裂紋內灰色夾雜物成分均主要為Fe、O、Ca、Si、F、Mn、Na、Cl、Al 等，成分列見下頁表2，能譜圖見圖4。

圖4 螺栓裂紋內夾渣電鏡能譜圖

表2 螺栓裂紋內夾渣成分列表 %

3 原因分析

3.1 金相檢測分析

檢測結果顯示，螺栓頭部開裂位置對應桿部存在縱向長條線缺陷，由此推測，螺栓冷鐓開裂是由于桿部縱裂在冷鐓過程中擴展導致。所選取的螺栓桿部線缺陷在金相下有最深約128 μm 的裂紋，螺栓的裂紋呈彎曲狀向內延伸。

3.2 電鏡能譜檢測分析

在鋼水冶煉過程中，向結晶器鋼水面上添加保護渣，是為絕熱保溫、防止鋼液二次氧化、吸收上浮夾雜、防止凝殼與銅板粘結、改善結晶器傳熱。連鑄結晶器保護渣是連鑄過程中使用的合成渣，其成分主要包含CaO、SiO2、Al2O3、Na2O、CaF2、C 等。澆注過程中，當結晶器液面波動較大，浸入式水口插入較淺，鋼液面翻動會把渣子卷入形成鑄坯夾渣[1-3]。

能譜顯示螺栓裂紋內灰色夾雜物成分主要為Fe、O、Ca、Si、F、Mn、Na、Cl、Al 等，主要為保護渣成分。從夾雜物的成分來看，裂紋內夾渣為連鑄保護渣卷入導致。

4 結論

螺栓冷鐓開裂的主要原因為螺桿部位存在較深裂紋，從裂紋形貌及裂紋內夾雜成分分析，裂紋均來源于鑄坯缺陷，螺栓可能與連鑄卷渣有關，卷渣帶入的夾雜在軋制過程未能焊合形成斷續向內延伸的裂紋。

針對連鑄卷渣問題，結合保護渣物化性能及鋼種特性，開展保護渣優化試驗，降低連鑄卷渣的風險。

采取措施后通坯料拋丸檢驗，坯料表面細小渣坑問題有明顯改善。