冷軋深沖鋼板斷帶原因分析

供稿|海超，王忠東

內(nèi)容導(dǎo)讀

作為汽車用鋼的冷軋深沖鋼板屬于高附加值產(chǎn)品。本鋼冷軋廠在軋制深沖鋼板過程中發(fā)生斷帶，影響了生產(chǎn)的連續(xù)性和生產(chǎn)節(jié)奏，并且造成了深沖鋼板質(zhì)量降級。通過對鋼板斷帶斷口進行宏觀、微觀分析，以及斷口部位和鋼板的夾雜物分析，得出數(shù)量較多的且分布比較集中的TiN夾雜物是造成斷帶發(fā)生的原因所在。分析指出：TiN主要在煉鋼階段形成，合理添加Ti和較快的冷卻速度可以得到細小的TiN顆粒，有效阻止奧氏體晶粒的長大，細化晶粒，從而充分發(fā)揮TiN的積極作用，改善材料的焊接性能和冷成形性能。

汽車行業(yè)的快速發(fā)展帶動了鋼鐵企業(yè)汽車用鋼的研發(fā)和生產(chǎn)，作為汽車用的冷軋深沖板屬于高附加值產(chǎn)品，更加促進了鋼鐵企業(yè)的蓬勃發(fā)展。但是深沖鋼板在冷軋廠的生產(chǎn)過程中極易發(fā)生斷帶，嚴重影響生產(chǎn)的節(jié)奏和連續(xù)性，同時深沖鋼板因質(zhì)量問題而被降級處理也會影響企業(yè)的生產(chǎn)效益。為了解決這一問題，本鋼對冷軋深沖鋼斷口的宏觀狀態(tài)、微觀形貌、非金屬夾雜物及斷口部位的夾雜物分布進行分析，找到了斷帶的原因。

實驗與分析

斷帶鋼板的化學(xué)成分

采用美國力可公司CS600碳硫測試儀、GDS850A輝光測試儀、ThermoFisher公司iCAP Q光譜儀測試對斷裂試樣的化學(xué)成分進行分析，發(fā)現(xiàn)C、Si、Mn、P、S、Als等元素均在合理范圍，Ti元素較高，接近于成分設(shè)計的上限。

斷口宏觀分析

斷帶樣品斷口呈不規(guī)則的波浪狀，斷口起伏較大，斷裂部位的塑性變形明顯，屬于韌性斷裂。

圖1 斷帶樣品的照片

斷口微觀分析

將在斷帶上截取的斷口在酒精溶液中超聲清洗，去除表面乳化液、油污及灰塵。利用掃描電鏡及能譜儀對斷口形貌、夾雜物分布及微區(qū)成分進行觀察和分析(圖2)。從圖中可以看出斷口存在大量微孔，微孔大小不一，主要表現(xiàn)為等軸狀和被拉長的橢圓狀，且被拉長的橢圓狀的微孔存在點狀及塊狀非金屬夾雜物，屬于明顯的韌窩斷口特征[1]。能譜分析顯示斷口存在非金屬夾雜物，主要為TiN夾雜物。

圖2 韌窩斷口的SEM圖及斷口夾雜物的能譜分析

斷口金相分析

將垂直于斷帶斷口的方向的截面經(jīng)過多道砂紙研磨后拋光，在光學(xué)顯微鏡下可見金相磨面上分布較多的非金屬夾雜物，在斷裂的擴展方向上存在著方形或者是規(guī)則的多邊形塊狀非金屬夾雜物，且能譜的微區(qū)成分分析為TiN夾雜物(圖3)。之后用體積分數(shù)4%硝酸酒精腐蝕后，夾雜物分布在鐵素體晶界上(圖4)。

圖3 斷裂裂紋上的TiN夾雜物

結(jié)果與討論

圖4 晶界上的TiN夾雜物

由于鈦鐵的經(jīng)濟性和Ti具有細晶強化和析出強化的作用而被廣泛應(yīng)用。Ti不僅可與N、C結(jié)合形成穩(wěn)定的氮化物、碳化物，阻止奧氏體晶粒的長大，改善材料的焊接性能，而且可使鋼中的硫化物變質(zhì)，改善材料的冷成形性能。在冷軋過程中，鋼板中的Ti首先與N結(jié)合形成TiN，TiN顆粒的大小與析出的過程有關(guān)，粗大的TiN顆粒(＞0.5 μm)是液態(tài)或者鋼液凝固過程中的析出相，高溫時在鑄坯中形成。經(jīng)過軋制后保留在鋼中，但因其顆粒尺寸較大起不到沉淀強化的作用[2]。而鋼液凝固后析出的細小的TiN顆粒比較穩(wěn)定，能夠有效的阻止奧氏體晶粒長大，從而細化晶粒。所以當(dāng)鋼中的TiN顆粒尺寸較大或者呈聚集狀態(tài)分布時成為鋼中的有害相。

TiN的尺寸大小與鋼水中的Ti、N含量及冷卻速度有關(guān)。鋼水中的Ti、N含量越低，液態(tài)析出的TiN越細小，同時冷卻速度越大液態(tài)析出的TiN就會越小，所以合理控制Ti含量和較快的冷卻速度有利于TiN顆粒的細化，從而充分發(fā)揮TiN的積極作用。綜上所述，鋼板中存在集中分布的非金屬夾雜物TiN割裂了鋼板的連續(xù)性和破壞了金屬的延展性，從而導(dǎo)致在冷軋過程中鋼板發(fā)生斷帶。

攝影 劉繼鳴

結(jié)束語

(1) 鋼板中存在集中分布的、較大尺寸的TiN夾雜物是引起斷帶的主要原因。

(2) TiN主要在煉鋼階段形成，合理添加Ti和較快的冷卻速度可以得到細小的TiN顆粒，有效阻止奧氏體晶粒的長大，從而細化晶粒。