柳鋼焊瓶鋼沖壓缺陷分析與工藝改進(jìn)

袁勤攀，李義虎，李宗強(qiáng)

(廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545002 )

焊接氣瓶生產(chǎn)主要工藝流程包括開(kāi)卷下料、沖壓拉伸成型、縮口、焊接、熱處理、拋丸、表面噴涂、氣密性檢驗(yàn)等。焊瓶鋼沖壓成型的變形量非常大，在沖壓拉延與縮口工序容易出現(xiàn)如圖1所示的沖壓缺陷。本文對(duì)柳鋼近年來(lái)生產(chǎn)的HP295焊瓶鋼典型的沖壓缺陷進(jìn)行分析，并提出具體改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)焊瓶鋼沖壓缺陷率控制在用戶(hù)可接受的千分之五范圍內(nèi)。

(a)縮口開(kāi)裂 (b)壓延開(kāi)裂 (c)“黑線”缺陷圖1 沖壓缺陷宏觀形貌

1 產(chǎn)品介紹

柳鋼生產(chǎn)的HP295焊瓶鋼與國(guó)內(nèi)鋼廠的設(shè)計(jì)思路基本一致[1-2]，降低硅、磷和硫含量提高鋼材的整體沖壓性能，適當(dāng)提高碳含量以獲得較低的屈強(qiáng)比，添加適中的錳以保證鋼材的強(qiáng)度強(qiáng)韌性，HP295內(nèi)控化學(xué)成分見(jiàn)表1。焊瓶鋼在柳鋼1450熱連軋生產(chǎn)線上生產(chǎn)，重點(diǎn)控制成品的屈強(qiáng)比和延伸率，采用1200～1250 ℃的加熱溫度確保鋼坯均勻奧氏體化，精軋溫度和卷取溫度分別設(shè)計(jì)為880～920 ℃和620～660 ℃，以保證板形和鐵素體晶粒度適中，軋后進(jìn)行兩段冷卻以增加鐵素體的析出量，通過(guò)軟硬相的控制以獲得較低的屈強(qiáng)比和塑性，HP295的力學(xué)性能內(nèi)控見(jiàn)表2。

表1 化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)控(%)

表2 力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)控

2 缺陷原因分析

2.1 縮口開(kāi)裂缺陷

如圖1(a)所示，鋼板在沖壓過(guò)程未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，但在縮口工序出現(xiàn)平行于沖壓方向的縱向開(kāi)裂現(xiàn)象。在開(kāi)裂區(qū)域取樣進(jìn)行微觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，鋼板存在少量長(zhǎng)度為72.5～156.2 μm的長(zhǎng)條狀硫化錳夾雜物，夾雜物方向與裂口方向一致，主要分布在板厚中心位置，夾雜物級(jí)別為1.0級(jí)；組織為鐵素體、粒狀貝氏體和少量的珠光體，鐵素體晶粒度約11級(jí)，中心帶狀組織達(dá)到2.5級(jí)，縮口開(kāi)裂區(qū)域的微觀組織見(jiàn)圖2。沖壓和縮口過(guò)程，開(kāi)裂部位均存在冷變形后的加工硬化現(xiàn)象，當(dāng)鋼板存在稍嚴(yán)重的偏析以及少量硫化錳類(lèi)夾雜時(shí)，受到三重因素影響，容易造成應(yīng)力集中，出現(xiàn)縮口開(kāi)裂。

2.2 壓延開(kāi)裂缺陷

如圖1(b)所示，部分鋼板壓延過(guò)程中，模具還未沖壓到底，沿周向便出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，開(kāi)裂鋼板多位于鋼卷頭尾部。通常該類(lèi)缺陷主要是夾雜物較多或屈強(qiáng)比偏高造成[3]，但對(duì)多個(gè)缺陷鋼板以及母材進(jìn)行成分、生產(chǎn)工藝、力學(xué)性能、金相組織等方面的檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。現(xiàn)場(chǎng)檢查沖壓設(shè)備，模具間隙為3.1 mm，模具R角為13.5 mm，沖壓前對(duì)所有下料圓餅料貼膜處理，沖壓工藝無(wú)異常。檢查開(kāi)裂多的鋼卷整卷厚度曲線發(fā)現(xiàn)，鋼卷中間位置厚度穩(wěn)定控制在2.88～2.92 mm；受到傳統(tǒng)熱連軋工藝的限制[4]，如圖3所示，鋼卷尾部約15 m厚度偏厚，厚度達(dá)到3.0～3.1 mm。圓餅料沖壓是一個(gè)中間位置受到拉應(yīng)力而減薄，邊部受到壓應(yīng)力而增厚的過(guò)程[6]，當(dāng)圓餅料原始厚度偏厚，會(huì)增大沖壓時(shí)的摩擦阻力，并降低材料的流動(dòng)性，容易產(chǎn)生壓延開(kāi)裂現(xiàn)象。

(a)夾雜物形貌 (b)缺陷部位邊部組織

圖3 HP295厚度趨勢(shì)圖

2.3 沖壓“黑線”缺陷

如圖1(c)所示，“黑線”缺陷用手接觸有輕微觸感或觸感不明顯，形狀如月牙狀，容易與“月牙狀”隱裂混淆，部分氣瓶打砂噴漆后會(huì)有輕微的印記。在“黑線”缺陷區(qū)域取樣進(jìn)行微觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，黑線處組織無(wú)明顯異常；通過(guò)掃描電鏡檢測(cè)，黑線處無(wú)異常成分，只是鐵含量較正常部位稍高，且缺陷部位在微觀狀態(tài)下呈現(xiàn)刮痕狀。見(jiàn)圖4綜合判斷，“黑線”實(shí)際上為鋼帶表面的機(jī)械刮傷，在沖壓變形后刮傷變成“月牙狀”，表面受到污染后呈黑色。

3 改進(jìn)措施及效果

針對(duì)以上問(wèn)題，特制定如下改進(jìn)措施：

1)鋼水純凈度改進(jìn)。將硫的內(nèi)控成分上限從0.008%降低至0.005%，精煉過(guò)程采用高堿度爐渣，嚴(yán)格控制吹氬時(shí)間和節(jié)奏，精煉結(jié)束后，保持一定的鋼包軟吹氬時(shí)間，以利于鋼中夾雜去除。

(a)金相分析

2)帶狀組織改進(jìn)。將碳的內(nèi)控成分范圍從0.14%～0.18%調(diào)整為0.12%～0.16%，以減輕碳偏析，鋼水過(guò)熱度嚴(yán)格控制在30 ℃以?xún)?nèi)，軋鋼過(guò)程降低終軋溫度20 ℃。

3)頭尾厚度精度改進(jìn)。適當(dāng)增加中間坯頭尾切除長(zhǎng)度，鋼卷全長(zhǎng)嚴(yán)格按照厚度2.85～2.95 mm出廠，對(duì)超厚部分進(jìn)行切除。

4)鋼板表面劃痕改進(jìn)。在線檢儀表安裝在精軋機(jī)出口處，無(wú)法實(shí)現(xiàn)層流到卷取階段的劃傷監(jiān)控，因此每班對(duì)層流冷卻和卷取工序的通道進(jìn)行檢查，并增加開(kāi)卷抽查的頻次，杜絕鋼卷劃傷。

5)工藝改進(jìn)后，2020年1～10月，湖南某企業(yè)使用柳鋼HP295共計(jì)1.48萬(wàn)噸，“黑線”缺陷未發(fā)生，縮口開(kāi)裂和壓延開(kāi)裂的總?cè)毕萋士刂圃谟脩?hù)可以接收的千分之五以?xún)?nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

HP295焊瓶鋼加工使用過(guò)程工藝復(fù)雜，國(guó)內(nèi)各鋼廠在供應(yīng)焊瓶鋼過(guò)程中，均出現(xiàn)過(guò)壓延開(kāi)裂、縮口開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題[6]，通常該類(lèi)缺陷與夾雜物超標(biāo)、屈強(qiáng)比偏高等密切相關(guān)，但各鋼廠的工藝設(shè)計(jì)與裝備存在差異，外形相似的缺陷產(chǎn)生的機(jī)理也存在差異。因此，工藝技術(shù)人員需要結(jié)合缺陷宏觀特征與用戶(hù)加工工藝，通過(guò)開(kāi)展生產(chǎn)工藝參數(shù)的追溯以及化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能的分析，最終才能鎖定缺陷產(chǎn)生的原因，并制定行之有效的改進(jìn)措施。