溫國(guó)棟，利 強(qiáng)，薛 偉

（天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300352）

0 引言

SWRCH22A系表面硬化型冷鐓鋼熱軋盤(pán)條主要用于生產(chǎn)自攻螺釘。自攻螺釘主要生產(chǎn)工序包括拉拔、退火、鐓頭、搓絲、滲碳、淬火和表面處理。

以轉(zhuǎn)爐→LF→連鑄Φ250 mm圓坯→高線工藝流程生產(chǎn)的Φ6.5 mm SWRCH22A熱軋盤(pán)條在使用時(shí)出現(xiàn)氧化鐵皮殘留、拉拔斷裂、硬度不均勻、搓絲尖裂、扭矩不合格問(wèn)題等若干質(zhì)量問(wèn)題。針對(duì)質(zhì)量問(wèn)題，本文探討了其產(chǎn)生原因，同時(shí)制定了有效的改進(jìn)措施。

1 質(zhì)量問(wèn)題描述

1.1 氧化鐵皮殘留

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，盤(pán)條在機(jī)械剝殼后表面仍然殘留有氧化鐵皮。通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，盤(pán)條氧化鐵皮結(jié)構(gòu)由基體向外依次為FeO→Fe3O4→Fe2O3，氧化鐵皮總厚度 6.48 μm，F(xiàn)eO 厚度 2.01 μm，比例約31%，如圖1所示。

圖1 氧化鐵皮結(jié)構(gòu)

采用能譜儀分析氧化鐵皮結(jié)構(gòu)中的各Fe和O原子百分比，結(jié)果如表1所示。

表1 氧化鐵皮分析

1.2 拉拔斷裂

斷裂鋼絲表面存在“人”字形裂紋，并且裂紋于鋼絲一側(cè)分布，斷裂源即裂紋處，如圖2所示。觀察裂紋處縱向顯微組織發(fā)現(xiàn)，基體為正常拉拔變形的（鐵素體+珠光體），裂紋處為棕黃色馬氏體組織，如圖3所示。

圖2 斷裂鋼絲形貌

圖3 裂紋處馬氏體

1.3 硬度不均勻

拉拔收線時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼絲硬度不均勻，剪斷時(shí)有軟有硬。觀察球化退火前粗拔鋼絲金相試樣發(fā)現(xiàn)，軟、硬處的組織分布存在明顯差異，硬處（鐵素體+珠光體）分布不均勻，偏析嚴(yán)重，分別如圖4、圖5所示。

圖4 硬處偏析

圖5 軟處偏析

粗拔鋼絲球化退火后的顯微組織分別如圖6、圖7所示。由圖可見(jiàn)，球化退火后鋼絲硬處球狀珠光體彌散程度較差。

圖6 硬處球化退火組織

圖7 軟處球化退火組織

1.4 搓絲尖裂

搓絲尖裂問(wèn)題表現(xiàn)為搓絲時(shí)釘尖開(kāi)裂、掉尖，如圖8所示。其縱向顯微組織為（鐵素體+片狀珠光體），無(wú)球化退火組織形貌，如圖9所示。

1.5 扭矩不合格

扭矩不合格自攻螺釘斷口中心位置存在明顯的孔洞，如圖10所示。在掃描電子顯微鏡下放大觀察發(fā)現(xiàn)孔洞中保留著樹(shù)枝晶形貌，如圖11所示。所以中心孔洞即連鑄坯縮孔經(jīng)軋制后，在盤(pán)條中心形成的殘余縮孔。

圖8 尖裂形貌

圖9 異常球化退火組織

圖10 斷口中心孔洞

圖11 樹(shù)枝晶形貌

2 探討與優(yōu)化

2.1 斷裂和開(kāi)裂原因

潤(rùn)滑、冷卻、拉速、模具等拉拔條件的異常變化使得鋼絲表面受到快速摩擦、刮削，瞬間的升溫放熱過(guò)程導(dǎo)致表面產(chǎn)生馬氏體，馬氏體在繼續(xù)拉拔后于鋼絲表面產(chǎn)生橫裂，橫裂延伸形成“人”字形裂紋，最終導(dǎo)致拉拔斷裂。

井式退火爐球化退火溫度過(guò)高，超過(guò)A1點(diǎn)溫度過(guò)多，滲碳體不是發(fā)生溶斷球化，而是部分甚至完全奧氏體化，在緩冷時(shí)重新析出形成片狀珠光體。搓絲時(shí)，片狀珠光體受擠壓無(wú)法均勻變形，導(dǎo)致尖裂。

綜上所述，改善拉拔條件、制定合理的球化退火工藝，可以避免使用時(shí)出現(xiàn)拉拔斷裂和搓絲尖裂問(wèn)題。

2.2 盤(pán)條表面氧化鐵皮影響

盤(pán)條氧化鐵皮中FeO比例較低，F(xiàn)e3O4比例較高，局部出現(xiàn)Fe2O3，導(dǎo)致機(jī)械剝殼不徹底、氧化鐵皮殘留。Fe3O4含量較多的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)致密，在后續(xù)深加工過(guò)程中，氧化鐵皮與基體粘附性好是盤(pán)條難于機(jī)械剝殼除鱗的主要原因[1]。另外，575℃以下緩慢冷卻，F(xiàn)eO向（αFe+Fe3O4）方向分解，亦增加了Fe3O4的含量。

提高吐絲溫度，可以增加氧化鐵皮厚度，同時(shí)增加氧化鐵皮中的FeO比例；同時(shí)，在相變結(jié)束后開(kāi)啟部分保溫罩，提高冷速，降低集卷溫度，可以減少Fe3O4的析出。

對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，將吐絲溫度由840℃提高至890℃，集卷溫度由700℃降低至550℃后盤(pán)條氧化鐵皮結(jié)構(gòu)得到改善，由基體向外依次為FeO和Fe3O4，氧化鐵皮總厚度8.12 μm，F(xiàn)eO厚度4.54 μm，比例約56%，如圖12所示，解決了機(jī)械剝殼后盤(pán)條表面氧化鐵皮的殘留問(wèn)題。

圖12 工藝優(yōu)化后氧化鐵皮結(jié)構(gòu)

2.3 鑄態(tài)組織影響

連鑄生產(chǎn)過(guò)程，拉速波動(dòng)、高過(guò)熱度、絮水口以及末端電磁攪拌（F-EMS）故障等工藝異常加劇了C、Mn元素的偏析，惡化了連鑄坯結(jié)晶組織，導(dǎo)致連鑄坯縱向局部偏析和中心疏松、縮孔嚴(yán)重。在相同加熱條件下，偏析處組織遺傳，盤(pán)條局部的錠型偏析嚴(yán)重，最終導(dǎo)致拉拔退火后，球化組織不均勻、鋼絲硬度不均勻；另外中心疏松、縮孔無(wú)法軋合，盤(pán)條不致密，降低了自攻螺釘?shù)膹?qiáng)度。

在恒拉速、低過(guò)熱度等穩(wěn)定澆注條件下，末端電磁攪拌可以改善柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)（糊狀區(qū)）交界處凝固前沿鋼水的流動(dòng)狀態(tài)，“破壞和阻礙粗大柱狀晶的長(zhǎng)大形成，使心部富集溶質(zhì)的糊狀液體分散趨于均勻[2]”，降低偏析程度。同時(shí)明顯降低連鑄坯中心疏松、縮孔缺陷級(jí)別。

開(kāi)啟、關(guān)閉末端電磁攪拌后的連鑄坯結(jié)晶組織低倍形貌分別如圖13、圖14所示。

圖13有F-EMS

圖14無(wú)F-EMS

由圖可見(jiàn)，連鑄坯偏析和中心疏松明顯改善并且無(wú)縮孔。軋制的盤(pán)條使用后，鋼絲硬度均勻、自攻螺釘扭矩穩(wěn)定合格。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）末端電磁攪拌參數(shù)、吐絲溫度、拉拔和球化退火工藝等，是影響SWRCH22A熱軋盤(pán)條加工性能以及自攻螺釘使用性能的關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)。通過(guò)改善拉拔條件、制定合理的球化退火工藝，可以避免使用時(shí)出現(xiàn)拉拔斷裂和搓絲尖裂問(wèn)題。

（2）將盤(pán)條軋制時(shí)的吐絲溫度由840℃提高至890℃，集卷溫度由700℃降低至550℃后，盤(pán)條氧化鐵皮結(jié)構(gòu)得到改善，機(jī)械剝殼質(zhì)量得到提高。

（3）開(kāi)啟連鑄結(jié)晶器末端電磁攪拌可以降低偏析程度，明顯降低連鑄坯中心疏松、縮孔缺陷級(jí)別軋制的盤(pán)條使用后，鋼絲硬度均勻、自攻螺釘扭矩穩(wěn)定合格。

[1]羅志俊.熱軋工藝對(duì)低碳冷鐓鋼盤(pán)條表面氧化鐵皮的影響[J].首鋼科技，2013，(3)：30.

[2]邵明海.凝固末端電磁攪拌技術(shù)在特鋼連鑄上的應(yīng)用[J].萊鋼科技，2011，(1)：68.