供稿|袁亮，孫忠斌，王旭生 / YUAN Liang, SUN Zhong-bin, WANG Xu-sheng

內(nèi)容導讀

通過金相組織分析和掃描電鏡斷口分析，結合用戶反饋的熱軋酸洗低碳鋼SPHD制作車輪輪輞后開裂的現(xiàn)象，找到了引起開裂的原因：精軋期間，熱軋酸洗板因終軋溫度過低，軋制過程中發(fā)生γ→α轉變，從而形成混晶缺陷，影響了鋼板的成形性能，無法滿足車輪制作過程的復雜變形，在輪輞成形過程中形成初始裂紋，并隨著車輪加工過程逐步擴展?？紤]表面質量對生產(chǎn)工藝的要求，采用綜合優(yōu)化措施改善熱軋酸洗板邊部混晶問題，優(yōu)化后軋制邊混晶缺陷明顯改善。

熱軋酸洗板是以優(yōu)質的熱軋板卷為原料，在酸洗機組上，主要經(jīng)酸洗去掉帶鋼表面的氧化鐵皮、切邊、平整及涂油等工序處理后得到的熱軋酸洗板卷，除作各類冷軋板帶產(chǎn)品、熱鍍鋅產(chǎn)品以及焊管產(chǎn)品的原料鋼卷外，還能直接用作各類商品鋼材，用途廣泛[1]。隨著熱軋酸洗產(chǎn)線的精益求精，熱軋酸洗產(chǎn)品質量不斷提升，熱軋酸洗產(chǎn)品已成為一種生產(chǎn)汽車零部件的備選原料，而不再作為替代用品使用。熱軋酸洗產(chǎn)品在汽車行業(yè)廣泛應用，主要應用于汽車大梁、橫梁、縱裂、座椅滑軌、車輪、剎車閘套等。

SPHD為熱軋酸洗低碳鋼，因其碳含量較低，深沖性能良好，主要應用于沖壓零件，也應用于車輪輪輞。輪輞制造主要包括下料、閃光焊、刨渣、擴口、輥壓成型、擴漲等工序[2]。焊后擴口、擴漲開裂是輪輞用鋼常見問題[3]，但此次輪輞開裂處距離焊縫有一定的距離，通過研究分析，發(fā)現(xiàn)開裂原因主要為軋制邊混晶。混晶造成軋制邊強度和速度降低，無法滿足車輪輪輞的成形要求，在輪輞制作過程中出現(xiàn)初始微裂紋，在擴口、擴漲的過程中裂紋不斷擴展，形成較大的宏觀裂紋。針對此問題提出了綜合性改進措施，實施后效果較好，軋制邊混晶區(qū)域控制在10 mm以內(nèi)，酸洗切邊后清除。

SPHD開裂缺陷

輪輞開裂位置

車輪輪輞樣品易出現(xiàn)開裂的區(qū)域靠近焊縫，但不在焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)；裂口與輪輞邊緣垂直，大多裂口較小，個別裂口較大，深度可達10 mm，開口寬可達5 mm，如圖1所示。

輪輞開裂缺陷對應鋼板的位置

SPHD熱軋酸洗鋼卷先在剪切線切成定尺板，然后縱切成6塊1120 mm×213 mm鋼板作為制作車輪輪輞的原料；縱切的6塊細長的鋼板中，中間4塊制作的車輪質量良好，而兩個軋制邊的鋼板易出現(xiàn)開裂缺陷，示意圖如圖2所示。

樣品檢測

取車輪輪輞開裂處試樣作斷口分析，檢測內(nèi)容包括掃描電鏡斷口檢測和金相顯微組織檢測。軋制邊為易出現(xiàn)開裂缺陷的位置，可能因軋制邊存在質量缺陷而引起成形時開裂，因此，在鋼板軋制邊和非軋制取樣，進行對比檢測。

輪輞開裂處掃描電鏡檢測

對輪輞開裂斷口進行掃描電鏡檢測，斷口為韌性斷口，呈拋物線韌窩和等軸韌窩形貌，韌窩處未見較大的非金屬夾雜物，且開裂起始位置沒有找到異常的非金屬夾雜物，如圖3所示。根據(jù)檢測結果初步排除了非金屬夾雜物引起開裂的原因。

輪輞開裂處金相顯微組織檢測

在輪輞開裂處切取金相試樣，磨平，拋光，用體積分數(shù)為4%的硝酸酒精溶液侵蝕后在光學顯微鏡觀察組織，如圖4所示。

從圖4可以看出，輪輞開裂處的顯微組織主要為鐵素體，但鐵素體的大小不均勻，試樣厚度方向表面(對應軋制面)中基本為短軸尺寸20～50 μm、長軸尺寸50～100 μm的鐵素體，此類鐵素體有同方向扁長的特點，有少量10～20 μm的多邊形鐵素體；試樣厚度方向心部組織中，同方向扁長的鐵素體減少，10～20 μm的多邊形鐵素體增多。

鋼板金相顯微組織檢測

在鋼板軋制邊和非軋制邊分別切取金相試樣，磨平，拋光，用4%硝酸酒精溶液侵蝕后在光學顯微鏡觀察組織，鋼板軋制邊的組織與輪輞開裂處顯微組織一樣，非軋制邊的顯微組織如圖5所示。

從圖5可以看出，鋼板非軋制邊的顯微組織主要為鐵素體，試樣厚度方向表面(對應軋制面)中明顯分為兩種不同的鐵素體，一種鐵素體距離軋制表面0～200 μm、且同方向扁長，短軸尺寸15～30 μm、長軸尺寸40～80 μm；另一種鐵素體距離軋制表面＞200 μm，為晶粒尺寸10～20 μm的多邊形鐵素體。試樣厚度方向心部組織均為10～20 μm的多邊形鐵素體。

原因分析

由于車輪輪輞制作成形復雜，擴口和擴漲的工序最易出現(xiàn)缺陷，對原料的成形性能、塑性等指標要求嚴格，因此輪輞用鋼除強度滿足標準外，其組織均勻性、組織變形協(xié)調性也要達到成形的要求。

車輪輪輞開裂處組織為粗大的鐵素體、細小的鐵素體和微量珠光體的混合組織，輪輞開裂處與鋼板軋制邊組織一樣，而非軋制邊的組織僅軋制面存在200 μm深的粗大鐵素體，其余位置主要為10～20 μm的多邊形鐵素體，因此開裂處位于鋼板軋制邊。由于軋制邊粗大的鐵素體、細小的鐵素體形成混晶狀態(tài)，使鋼板的強度和塑性明顯下降，在輪輞加工成形的過程中，混晶區(qū)域易先斷裂，形成初始微裂紋，隨著輪輞復雜的加工成形過程不斷擴大，最終擴展成肉眼可見的裂口。當制作輪輞的鋼板沒有軋制邊時，鋼板的組織主要為細小的多邊形鐵素體，組織變形協(xié)調能力強，適于復雜變形，即便軋制面存在一定的粗大晶粒，仍然能滿足變形要求。

根據(jù)掃描電鏡分析結果分析，車輪輪輞開裂為拉裂斷口、非夾雜物等缺陷引起，并且結合金相顯微組織，可以判斷輪輞開裂主要由于混晶造成。

熱軋酸洗低碳鋼SPHD軋制邊混晶主要為精軋期間軋制邊溫度低于γ→α相變溫度，組織提前轉變?yōu)殍F素體并迅速長大，晶粒組織較為粗大，且在隨后的軋制過程中被拉長，呈同向扁長狀態(tài)。熱軋酸洗低碳鋼SPHD生產(chǎn)過程中需要考慮除鱗效果，受除鱗水降溫的影響，軋制邊和軋制面的問題均較低，因此出現(xiàn)軋制邊和軋制面混晶，其余位置不混晶。

優(yōu)化措施及效果

熱軋酸洗低碳鋼SPHD中合金元素很少，因此其γ→α相變溫度較高。解決SPHD混晶的問題，最為有效的措施是提高終軋溫度，避免鋼板出現(xiàn)低溫區(qū)而組織轉變。但熱軋酸洗低碳鋼SPHD的生產(chǎn)工藝大幅降低了溫度，很難實現(xiàn)較高的終軋溫度，因此采用針對出現(xiàn)問題的軋制邊實施綜合性優(yōu)化措施：①少量提高終軋溫度；②加強側噴水，避免中間坯在除鱗過程中水對軋制邊溫度的影響；③投入精軋前保溫罩，提高中間坯溫度；④弱化兩邊部水嘴的噴水強度。

通過采取以上優(yōu)化措施，生產(chǎn)的熱軋酸洗低碳鋼SPHD混晶影響使用的問題得到了有效的解決。僅有距離軋制邊10 mm以內(nèi)的區(qū)域存在混晶缺陷，但酸洗生產(chǎn)時切邊后完全切除，不影響用戶使用。軋制面的混晶層減少到150 μm以內(nèi)，晶粒差異進一步提高了組織均勻性，如圖6所示。

結束語

(1) 熱軋酸洗低碳鋼SPHD制作車輪輪輞開裂的主要原因為軋制邊混晶。

(2) 考慮表面質量對生產(chǎn)工藝的要求，采用綜合優(yōu)化措施改善邊部混晶問題，優(yōu)化后軋制邊混晶區(qū)域控制在10 mm以內(nèi)，軋制面混晶層減少到150 μm以內(nèi)。