Q345EL熱軋鋼帶沖壓開(kāi)裂的原因分析

劉 品

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司 板帶廠，山東 萊蕪271104）

1 前言

萊鋼通過(guò)硼鎳復(fù)合添加的方法生產(chǎn)的鋼帶Q345EL是低碳、低合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于高層建筑、橋梁、海洋石油平臺(tái)和機(jī)械等領(lǐng)域，對(duì)鋼中夾雜物、組織形態(tài)以及氮氧含量提出了更高的要求。目前用戶在使用過(guò)程中經(jīng)常產(chǎn)生許多缺陷，如起皺、開(kāi)裂、劃痕等，其中開(kāi)裂是最主要的缺陷。新鋼種Q345EL（3.0 mm×375 mm）在沖壓成制動(dòng)器底座時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重開(kāi)裂現(xiàn)象。通過(guò)金相顯微鏡、掃描電鏡對(duì)沖壓開(kāi)裂處的宏觀斷口、微觀斷口、組織形態(tài)與夾雜物分布及形貌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂處有大量的夾雜物，結(jié)合煉鋼生產(chǎn)實(shí)際，提出改進(jìn)措施，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提升。

2 開(kāi)裂原因分析

2.1 沖壓件的宏觀檢查

從沖壓件上可以看出有嚴(yán)重的開(kāi)裂現(xiàn)象，裂口無(wú)規(guī)則，裂口較深，裂紋形貌見(jiàn)圖1。

圖1 Q345EL鋼帶沖壓開(kāi)裂宏觀形貌

2.2 化學(xué)成分分析

從圖1宏觀圖選取開(kāi)裂樣的4處進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

2.3 金相檢驗(yàn)

取開(kāi)裂處的縱向試樣，在顯微鏡下觀察，試樣的基體組織為鐵素體和珠光體，為Q345EL的正常組織，如圖2所示。試樣內(nèi)夾雜物較為嚴(yán)重，夾雜物主要是C類夾雜物，級(jí)別達(dá)到3級(jí)以上，C類夾雜物長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)到8 mm，如圖3所示。

表1 沖壓件的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

圖2 試樣基體組織

圖3 C類夾雜物

2.4 電鏡分析和能譜分析

利用掃描電鏡對(duì)開(kāi)裂處進(jìn)行觀察，從開(kāi)裂處的形貌看分層很嚴(yán)重，在低倍數(shù)下，可見(jiàn)到分層處有許多條平行于鋼板軋制方向的溝槽，放大后可觀察到溝槽中有條狀物，如圖4所示。對(duì)條狀物的能譜分析結(jié)果見(jiàn)圖5，其含O、Si、Ca等元素，初步判斷溝槽中的條狀物是硅酸鹽。對(duì)開(kāi)裂處的金相分析中觀察到的夾雜進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果見(jiàn)圖6，從結(jié)果上看也為硅酸鹽，其成分與溝槽中的夾雜成分基本相同，均含有O、Si、Ca等元素。

圖4 斷口微觀形貌

圖5 斷口夾雜物能譜分析

圖6 金相夾雜物能譜分析

硅酸鹽是金屬氧化物和硅酸根的化合物，使用硅錳、硅鐵合金脫氧時(shí)，極易形成可變形的硅酸鹽，分析中發(fā)現(xiàn)存在SiO2·CaO和Al2O3·CaO為主的硅酸鹽夾雜，與出鋼過(guò)程中弱脫氧或加鋁量較少時(shí)加入硅鐵合金脫氧合金化有必然的聯(lián)系。出鋼時(shí)，鋼液中氧活度高，加入硅鐵中的硅被氧化而形成大量的脫氧產(chǎn)物SiO2，這部分脫氧產(chǎn)物與其他夾雜物形成復(fù)合的夾雜滯留在鋼中。這類夾雜物經(jīng)LF鋁脫氧后應(yīng)可以去除，但是如果形成的量多，特別是與其他脫氧產(chǎn)物形成與鋼液潤(rùn)濕好的夾雜物，就很難從鋼液中去除。

開(kāi)裂處的形貌分層現(xiàn)象嚴(yán)重，與試樣中含有大量的夾雜物有關(guān)［1］。試樣中分布的大量硅酸鹽夾雜破壞了基體的連續(xù)性，在外力作用下，夾雜物周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中而產(chǎn)生塑性變形，在夾雜物周圍產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，當(dāng)位錯(cuò)在外力作用下到達(dá)夾雜物和基體界面時(shí)，界面分離形成微孔，微孔又在外力的作用下迅速聚集和擴(kuò)展，導(dǎo)致開(kāi)裂處分層現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3 解決措施

精煉過(guò)程中先喂入一定量的鋁線脫氧，使鋼中溶解氧降到一定水平后再加入電石、硅鐵等脫氧劑，這樣不易生成硅的氧化物夾雜，從而降低硅酸鹽夾雜的生成幾率；出鋼過(guò)程中采用脫氧和氬站定氧后再脫氧的工藝，通過(guò)控制鋼液中硅的含量，使低熔點(diǎn)的硅酸鹽呈液態(tài)，容易去除。

另外，制定合理的冶煉工藝，控制煉鋼過(guò)程的溫度和成分，改善夾雜物形態(tài)；保持足夠的吹氬時(shí)間，保證鋼水中大顆粒夾雜物充分上浮，提高鋼水純凈度；連鑄工序做好保護(hù)澆注，減少鋼水的二次氧化；結(jié)晶器液面保持穩(wěn)定，避免由于液面波動(dòng)造成卷渣；保證中間包浸入式水口的完整，出現(xiàn)破損及時(shí)更換，避免水口殘?jiān)烊脘撆髦小?/p>

4 結(jié)論

4.1 鋼帶中存在大量的夾雜物是造成沖壓開(kāi)裂的主要原因，鋼中的夾雜物以C類夾雜物為主。

4.2 通過(guò)制定合理的煉鋼和連鑄工藝，保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，精細(xì)操作，精煉過(guò)程鋁脫氧降低鋼中氧含量，進(jìn)而減少夾雜物的產(chǎn)生，為下道工序提供良好的連鑄坯，提高鋼材的品質(zhì)。