王智聰，龐洪軒，陳建超

（1.河北普陽鋼鐵有限公司，河北 武安 056305；2.河北省高韌性風塔鋼工程研究中心，河北 武安 056305）

先進高強鋼成為一種先進的鋼材，在國際上得到全面應(yīng)用，近年來隨著科學技術(shù)水平的提升，對于先進高強鋼的研究也在增多。在汽車制造領(lǐng)域運用先進高強鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材，能夠減輕汽車的整體重量，具有環(huán)保性和安全性的特點。在鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展中，應(yīng)該以先進高強鋼的生產(chǎn)為重點，增強自身的競爭實力。析出、固溶和細化晶粒等，在傳統(tǒng)高強鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用較多，而在先進高強鋼的生產(chǎn)中則采用了相變的方式，有助于整體性能的改善。先進高強鋼除了具備上述優(yōu)勢外，在使用中也會受到多種因素影響而出現(xiàn)缺陷，為了防止對材料應(yīng)用造成影響，必須加強對各類缺陷的針對性控制。應(yīng)該從實際情況出發(fā)，加強對缺陷位置、類型和特點的分析，確保控制措施的可行性，保障企業(yè)生產(chǎn)效益。

1 先進高強鋼的種類

1.1 馬氏體鋼

馬氏體是由奧氏體轉(zhuǎn)化而來，需要經(jīng)過連續(xù)退火處理，與傳統(tǒng)高強鋼相比較而言，馬氏體鋼在強度上的優(yōu)勢較大，在相關(guān)測試當中，抗拉強度甚至能夠達到1700MPa。為了使馬氏體鋼的韌性得到改善，需要經(jīng)過等溫回火處理，在成形性上更加可靠，滿足不同生產(chǎn)制作需求。

1.2 雙相鋼

鐵素體基體和第二相馬氏體等共同構(gòu)成雙相鋼，第二相馬氏體是決定雙相鋼強度的主要因素，改善邊緣的抗拉強度，可以有效增強雙相鋼的整體性能。雙相鋼主要產(chǎn)生于冷卻過程中，具有較大的淬透性，此外鉬元素、錳元素、鎳元素和鉻元素的應(yīng)用，也能夠使其淬透性更高。

1.3 多相鋼

在衡量多相鋼性能時，抗拉強度是一個重要指標，鐵素體組織是多相鋼當中的主要構(gòu)成部分，其強度會由于沉淀的存在而得到提高。合金元素廣泛存在于多相鋼當中，此外也包括了沉淀物、鈦和鈮等。當達到800MPa抗拉強度時，多相鋼會表現(xiàn)出更高的屈服強度，在吸能性、成形性和殘余變形性等方面，多相鋼的特點尤為突出。

2 先進高強鋼的缺陷特點及控制思路

殘余奧氏體組織和鐵素體組織，共同構(gòu)成高強度鋼，其中殘余奧氏體的占比不超過5%，此外還包括了貝氏體和馬氏體等。冷軋產(chǎn)品、熱軋產(chǎn)品和熱鍍鋅產(chǎn)品等，是以先進高強鋼為基礎(chǔ)的主要產(chǎn)品類型，在實踐中會用到大量的馬氏體鋼、雙相鋼、淬火配分鋼、多相鋼和熱成型鋼等等。其中的合金元素是決定先進高強鋼性能的關(guān)鍵，通過連鑄、熱軋、酸軋、連續(xù)退火和鍍鋅等處理，使其表面紋理符合生產(chǎn)需求，促進組織結(jié)構(gòu)的強化。因此，在上述工藝當中容易導致先進高強鋼缺陷問題的產(chǎn)生，由于工藝的復雜性較高，因此也會導致缺陷類型的多樣性及特殊性，產(chǎn)生的機理作用也有所差異。應(yīng)該根據(jù)實際生產(chǎn)特點，對先進高強鋼中的缺陷信息進行采集和分析，明確先進高強鋼缺陷的類型和特點，邊裂和黑點缺陷等十分常見，分別出現(xiàn)在先進高強鋼邊緣位置和表面當中[1]。定性分析是確定先進高強鋼缺陷的主要分析方法，為了提高分析和判斷的準確性，應(yīng)該采用多種檢測技術(shù)。此外，還要通過缺陷全流程演變規(guī)律的對比實現(xiàn)最終確定，加強對技術(shù)的改造和生產(chǎn)工藝的改善，有效控制先進高強鋼的缺陷問題。

3 先進高強鋼的缺陷控制措施

3.1 黑點缺陷

在先進高強鋼的表面缺陷當中，黑點缺陷最為常見，不僅會對其外觀造成影響，而且也會威脅先進高強鋼的使用性能。黑點缺陷主要出現(xiàn)在整卷帶鋼當中，呈現(xiàn)出氧化色的特征，具有規(guī)律性和固定性的特點[2]。尤其是當存在較多的熱軋氧化鐵皮酸時，會加劇黑點缺陷問題，應(yīng)該針對該類缺陷實施電鏡掃描，這對于可視化分析十分重要。為了能夠?qū)邳c的成分進行判斷，要結(jié)合具體的缺陷位置和掃描圖像特征。錳元素和硅元素等在先進高強鋼中的應(yīng)用較為常見，熱軋氧化鐵皮會由于硅元素含量的升高而存在于先進高強鋼當中，基體會在軋制中有殘留氧化鐵皮的進入，酸洗工藝無法完全去除，進而引發(fā)了黑點缺陷[3]。因此在對該類缺陷進行控制時，應(yīng)該從其產(chǎn)生的位置和原因入手，實現(xiàn)對酸洗工藝的全面優(yōu)化。具體而言，可以對酸洗的溫度和酸液的濃度進行提高，同時減緩酸洗的速度，使破鱗機延伸率得到改善，對于黑點缺陷的預(yù)防效果較好。在某生產(chǎn)過程中，先進高強鋼生產(chǎn)工藝改進前后的效果如表1所示。

表1 先進高強鋼生產(chǎn)工藝改進前后的效果

3.2 邊裂缺陷

邊裂缺陷是一種常見的邊部缺陷類型，外觀會受到連退帶鋼邊裂缺陷的影響，此外翻邊類變形和沖壓等也會由于邊裂缺陷而受到干擾。在高強度零部件當中先進高強鋼的應(yīng)用較多，在成形中需要經(jīng)過輥壓和沖壓等工藝處理，因此只有控制邊裂缺陷問題，才能保障零部件的良好性能。帶鋼邊裂缺陷不會出現(xiàn)在連續(xù)退火工藝當中，往往會由于酸軋邊裂缺陷所引發(fā)。邊部裂紋往往出現(xiàn)在酸軋工藝過程中，除了該類型的冷硬帶鋼邊裂缺陷外，還包括了遺傳自熱軋帶鋼的邊緣缺陷。連退斷帶和酸軋斷帶等問題，都會由于上述缺陷的存在而發(fā)生，對于生產(chǎn)工作的效率和質(zhì)量、安全等造成威脅。切邊操作應(yīng)用于連退工藝和酸軋工藝當中，通過雙切邊路徑的構(gòu)建，實現(xiàn)對邊裂缺陷的有效預(yù)防和控制。具體而言，遺傳自熱軋帶鋼的邊緣缺陷會由于酸軋前的切邊處理而得到控制，防止酸軋斷帶等問題的出現(xiàn)。酸軋中運用連退后切邊的方式，也能夠控制邊裂問題，防止成品帶鋼質(zhì)量受到影響，這也是預(yù)防沖壓開裂的有效途徑[4]。在某生產(chǎn)工藝當中，采用上述處理措施針對邊裂缺陷進行控制，斷帶事故得到消除，沖壓開裂的頻次也逐步下降，其效果如表2所示。

表2 工藝改進前后效果

3.3 高強鋼沖壓缺陷

3.3.1 破裂缺陷及控制

高強鋼沖壓缺陷主要分為破裂和起皺兩種缺陷。先進高強鋼會由于沖壓工藝的應(yīng)用而出現(xiàn)破裂，相較于正產(chǎn)加工厚度而言，采用沖壓工藝要求先進高強鋼的厚度下降4%～20%左右。如果未能嚴格控制先進高強鋼的厚度，那么會對零件剛度造成影響，嚴重時就會出現(xiàn)破裂的問題，主要包括了宏觀破裂和微觀破裂兩種基本形式。其中，很多裂縫或者裂紋等都屬于微觀破裂缺陷，這會導致零部件的使用性能受到影響，縮短了使用壽命，但是不會直接造成報廢；斷裂和裂痕等屬于宏觀破裂缺陷，這是引起零部件報廢的主要原因。應(yīng)該對不同先進高強鋼的種類及特點進行分析，包括了馬氏體鋼、熱成型鋼、雙相鋼和多相鋼等等，針對抗拉強度和屈服極限進行綜合考量，確保其尺寸和形狀等符合零部件的加工要求。應(yīng)該對生產(chǎn)過程中的流動阻力進行嚴格控制[5]。

在某生產(chǎn)工藝當中，馬氏體鋼、熱成型鋼、雙相鋼和多相鋼的延伸率分別為2.36%、4.33%、4.94%和2.6%。在缺陷控制中采用沖切工藝可以應(yīng)用于先進高強鋼容易出現(xiàn)破裂缺陷的位置，實現(xiàn)相鄰位置的有效補充。對于褶皺問題的預(yù)防，可以通過拉延筋參數(shù)實現(xiàn)，然而會使得流動阻力增大，因此應(yīng)該對該參數(shù)進行合理控制，防止在較大阻力下引發(fā)破裂缺陷[6]。為了防止在生產(chǎn)中出現(xiàn)干燥的情況，通常會使用適量的潤滑劑，為了避免使用不規(guī)范引起的破裂，應(yīng)該嚴格控制使用位置及時間。

3.3.2 起皺缺陷及控制

起皺缺陷也是在先進高強鋼沖壓中的主要缺陷類型，對于零部件的美觀性和光滑性等產(chǎn)生影響，嚴重時會引起報廢問題。在該過程出現(xiàn)的缺陷問題，會對后續(xù)工藝產(chǎn)生影響，引起資源浪費、加大企業(yè)成本投入。較大的局部壓力，是引發(fā)先進高強鋼起皺缺陷的直接原因，平衡性和穩(wěn)定性受到干擾。失穩(wěn)起皺和堆積起皺是起皺缺陷的主要類型，其誘發(fā)因素也存在較大的差異。前者主要是由于穩(wěn)定性和平衡性下降而引起，后者則是由于先進高強鋼較多而引發(fā)。在針對先進高強鋼的起皺缺陷進行控制時，也需要明確實際缺陷類型和特點。具體而言，應(yīng)該使流動阻力得到提高，為沖壓模具當中先進高強鋼的進入創(chuàng)造良好的條件，這是預(yù)防先進高強鋼過多的主要措施，能夠避免起皺缺陷。在容易出現(xiàn)起皺缺陷的位置，還可以采用緩蝕劑酸洗液進行處理，有助于對多余的先進高強鋼進行控制。在此過程中，應(yīng)該根據(jù)先進高強鋼的類型確定合理的起皺度參數(shù)值，比如在雙相鋼當中，橫向Ra和Pc分別為1.305和95，縱向Ra和Pc分別為1.123和177；在馬氏體鋼當中，橫向Ra和Pc分別為1.226和120，縱向Ra和Pc分別為1.214和182[7]。

3.3.3 毛刺缺陷及控制

毛刺缺點在先進高強鋼的沖壓工藝中在所難免，將其控制在一定范圍之內(nèi)則屬于正?，F(xiàn)象，通常不能超過0.1mm。如果零部件的要求相對較高，那么先進高強鋼中的毛刺缺陷則會對其性能產(chǎn)生影響，比如后續(xù)工序的開展受到影響和焊裝裝配問題等等，無法達到相應(yīng)的質(zhì)量標準，影響外部美觀性。在沖壓模具和切口附近容易發(fā)生毛刺缺陷，由于零件類型的差異，因此毛刺缺陷的方向也會不同。如果先進高強鋼的硬度較低，那么在沖壓工藝的作用下則會出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，這是引起毛刺缺陷的主要原因[8]。為此，在生產(chǎn)工作中應(yīng)該考慮到塑性形變和彈性形變情況，明確先進高強鋼的基本參數(shù)，實現(xiàn)對塑型過程的嚴格控制。

4 結(jié)語

馬氏體鋼、雙相鋼、多相鋼和高強度鋼等，是先進高強鋼的基本類型，在實踐中得到廣泛應(yīng)用，能夠有效提升零部件的整體性能。但是，由于黑點缺陷、邊裂缺陷和高強鋼沖壓缺陷等問題的存在，也會對先進高強鋼的性能造成影響，威脅零部件的使用效果，縮短其使用壽命。為此，應(yīng)該對各類缺陷的引發(fā)因素和位置等進行全面分析與評估，確定符合缺陷特點的控制措施。