490CL車輪用熱軋卷板加工微裂紋原因分析及改進

朱永宏，趙安明，朱永寬，徐細華

（1.比亞迪股份有限公司，廣東 惠州 516000；2.新鋼熱連軋廠，江西 新余 338001）

近期客戶反映汽車車輪用鋼490CL在加工成輪過程中，特別是冷加工成型過程中，在開孔處出現部分裂紋和微裂紋，嚴重影響車輪質量和使用壽命，大大降低成品車輪的合格率，我們聯合加工單位和原材料（鋼材）生產單位一起，從鋼材的成分控制及鋼材的生產過程、和加工成型過程進行系統全面的分析，從成品和半成品的金相顯微組織，夾雜物[1]，裂紋的生成和擴展機制等方面入手，分析裂紋的產生原因，并提出各個過程控制的改進措施，提高了產品合格率。

圖1 490CL生產的車輪輪轂

1 試驗材料及方法

試驗材料取自490CL車輪鋼卷板開平后，進冷加工成型為車輪輪轂過程中，在輪轂邊緣或開孔邊緣處有裂紋和微裂紋的樣片上取樣，進行清洗制樣，用電鏡掃描（SEM）和光學顯微鏡（OM）上觀察分析顯微組織。

2 裂紋原因分析

2.1 由煉鋼過程中產生的非金屬夾雜物引起

在試驗樣的裂紋處，由圖2可知，斷口位置含有大量的K、Na元素，這種夾雜物[1]主要是保護渣帶來的，它們在晶界上點狀分布，降低了晶界的結合力，在受到外力（冷加工）產生裂紋沿晶界擴展[2]，引起位錯聚集在晶界處，產生肉眼可見的微裂紋。因此，夾雜物的存在，破壞了鋼基體的連續性，造成應力在夾雜物處集中，并產生裂紋和微裂紋。

煉鋼中夾雜物主要分為內生夾雜物和外來夾雜物，內生夾雜物主要是鋼冶煉中脫氧過程產生的氧化物和硅酸鹽等[2]，殘留在鋼中；外來夾雜物是由煉鋼轉爐和中包的耐火材料、熔渣等殘留鋼水中造成。

圖2 試驗樣的裂紋處電鏡掃描

圖3 490CL車輪輪轂的金相組織（輪轂1為缺陷樣，輪轂2為合格樣）

2.2 由熱軋后產生的帶狀組織引起

檢查試驗樣的金相組織，有圖3可知，490CL的基體金相組織為鐵素體+珠光體。輪轂1有缺陷的樣帶狀組織明顯，并且偏析嚴重。而偏析降低晶界間結合力，裂紋易于形成和在晶界處聚集。

2.3 由冷加工過程中異物引起

在冷加工成型過程中，加工模具的使用頻率大，模具磨損大，而且在加工過程中產生的碎屑和毛刺粘附在模具上，這些微小的異物，容易引起加工應力集中，在應力集中處產生裂紋。

3 改進措施

3.1 對于夾雜物引起的

在生產中，要盡量控制煉鋼過程中產生的夾雜物，提高鋼水的純凈度，采用潔凈度高的轉爐和結晶器[3]，控制好鋼水的過熱度，優化精煉過程，優化吹氬工藝，保證吹氬時間，采用快速均勻扒渣；在連鑄過程中，采用合理拉速，避免結晶器液位波動卷渣。

3.2 對于熱軋帶狀組織引起的

在連鑄過程中，控制好過熱度，并且采用電磁攪拌，控制連鑄二冷區水量和噴嘴角度，在拉速均勻下，控制冷卻溫度，以減少連鑄坯枝晶偏析和中心偏析[4]。

在軋制過程中，控制好加熱溫度、開軋溫度和終軋溫度，利用低溫大壓下以及合理的控軋控冷工藝，減少帶狀組織的形貌和大小[4]。

3.3 在冷加工成型過程中

在后續的冷加工過程中，盡量減少加工工具的毛刺和提高工具的清潔度，減少加工過程的應力集中，合理制定加工工藝。

4 結論

（1）490CL車輪輪轂產生裂紋的主要原因是煉鋼過程中的夾雜物和成分偏析引起的帶狀組織，在晶界處聚集，降低了晶界的結合力，在冷加工成型時受到加工力作用下聚集擴展形成裂紋。

（2）通過提高鋼水的純凈度，采用潔凈度高的轉爐和結晶器，控制好鋼水的過熱度，優化精煉過程，優化吹氬工藝，保證吹氬時間，采用快速均勻扒渣；在連鑄過程中，采用合理拉速，避免結晶器液位波動卷渣，可以減少鋼種夾雜物和成分偏析。