55SiCrA線材起皮缺陷成因分析及改進

劉天強

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

彈簧鋼的表面質量對彈簧鋼質量而言是一個極其重要的指標，彈簧的表面工作應力大，表面起皮缺陷會導致用戶后續使用過程中出現斷簧或嚴重影響彈簧的疲勞壽命。前期浙江某制動簧用戶反饋我司材料55SiCrA個別盤條制簧后發現嚴重起皮缺陷（見圖1）。通過對彈簧鋼起皮缺陷的金相分析和電子探針分析，判斷起皮缺陷的產生和鋼坯局部增碳有關，局部碳高局域在軋制過程中因變形和冷速與周邊基體不一致，易在軋制過程形成裂紋折疊缺陷，經用戶加工制簧后表現為起皮缺陷。分析局部增碳來源于連鑄過程保護渣富碳層卷入，通過加嚴結晶器液面波動控制和嚴禁撈渣條操作，使得局部增碳導致的表面缺陷得到有效控制[1]。

圖1 55SiCrA盤條制簧后的起皮缺陷

1 材料加工工藝及樣品分析

1.1 主要加工工藝

電 爐（ 粗 煉 ）--LF爐（ 精 煉 ）--VD（真空 脫 氣 ）--連鑄（150*150）--坯料精整（剝皮、磁粉探傷）--加熱（混合煤氣、步進梁）--高線軋制（15mm）--噴丸—拉拔—感應熱處理—卷簧—回火。

1.2 樣品分析

（1）對起皮試樣取橫截面樣品進行金相觀察，取樣位置見圖1虛線處，金相照片見圖2、圖3。

圖2 腐蝕后50X

圖3 腐蝕后500X

金相照片圖2顯示，起皮處及附近皮下存在局部白色異常組織，無脫碳現象；對圖2中標注（紅圈）位置500倍下金相觀察，顯示白色異常區域組織為馬氏體（見圖3），周邊正常區域組織為回火屈氏體。

（2）對異常區域附近進行電子探針。

圖4 電子探針100X面掃描區域

圖5 C含量面分布

圖6 Cr含量面分布

圖7 電子探針100X線掃描區域

圖8 C含量線分布

經對異常區域附近進行電子探針面掃描和線掃描定量分析，從圖4可以看出，金相下白色異常區域在電子探針觀察為發黑區域，面掃描結果圖5、圖6顯示異常區域內C、Cr明顯高于周邊正常區域；對異常區域及附近進行C含量線掃描定量分析（見圖7），結果顯示：異常區域碳含量約在0.80～1.20之間，正常區域碳含量約在0.40～0.60之間（見圖8），異常區域C含量為基體的2倍[2]。

綜上所述通過對樣品金相分析和電子探針分析判斷：①材料起皮的原因為坯料存在局部增碳現象。②鋼坯中局部C高區域在鋼水凝固過程中因生成碳鉻化合物，會伴生Cr高現象。③局部碳高局域在軋制過程中因變形和冷速與周邊基體不一致，易在軋制過程形成裂紋折疊缺陷，經用戶加工制簧后表現為起皮缺陷。

2 鋼水中局部增碳成因探討及改進

（1）保護渣利用碳作為阻隔層和骨架調節熔化速度得到滿意的渣層結構，從而實現其各項功能。碳是高溫下易溶于鋼液的元素，但在熔渣層中的溶解渡卻很小，僅與熔渣的堿度和溫度有關，保護渣中碳粒在熔渣形成過程中會在熔渣層與燒結層的界面上，形成一層0.3mm～3mm厚的富碳層（如圖9），其碳含量最高可達保護渣原始碳含量的6倍左右，而且該富碳層具有非燒結特性，很容易與鋼水混合。一般情況下，如果保護渣熔化速度控制合適，在結晶器液面上會形成合理的三層結構，當鋼液面波動小，鋼渣界面較平靜時，熔渣中的碳消耗殆盡，不會造成鋼水顯著增碳，而在鋼水液面波動嚴重時，由于富碳層的存在，使鋼水有增碳現象。保護渣富碳層的存在是連鑄過程中鋼水增碳的主要原因[3]。

圖9 保護渣各層碳含量

（2）針對該材料出現的問題，對冶煉連鑄工藝進行了調查，發現該材料爐號為連鑄澆次的首爐。該爐次液面波動較后面連澆爐次明顯要大，個別流次的波動值達到±7mm，判斷瞬時液面波動過大是這次局部增碳的主要原因。為了杜絕該類缺陷再次發生，對液面控制要求進行了加嚴，由原來的≤±10mm調整為≤±5mm；同時要求采取恒拉速操作，對異常工藝坯料拆號管理。通過上述措施的采用，跟蹤用戶近一年半時間的質量情況反饋，未再出現因局部增碳產生的質量投訴，說明該類缺陷已得到有效控制。

3 結論

（1）鋼坯局部增碳，軋制過程中因變形和冷速與周邊基體不一致，易在軋制過程形成裂紋折疊缺陷，經用戶加工制簧后表現為起皮缺陷。

（2）鋼水液面波動嚴重時，保護渣富碳層的存在是連鑄過程中鋼水增碳的主要原因。

（3）通過控制結晶液面波動及采取恒拉速操作能有效控制局部增碳。