供稿|鄭澤林，趙魯鵬，歐陽(yáng)頁(yè)先，曹鵬，翟兵，趙立寧 / ZHENG Ze-lin, ZHAO Lu-peng,OUYANG Ye-xian, CAO Peng, ZHAI Bing, ZHAO Li-ning

內(nèi)容導(dǎo)讀

低碳酸洗鋼SPHC-P 在用戶生產(chǎn)壓縮機(jī)外殼的過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂，開(kāi)裂處位于凸臺(tái)外邊緣的端部。取樣對(duì)開(kāi)裂處進(jìn)行化學(xué)成分、廠內(nèi)工藝調(diào)查、金相組織和力學(xué)性能檢測(cè)。結(jié)果表明：開(kāi)裂原因主要是終軋溫度低，組織混晶導(dǎo)致延伸率和r值低造成的。通過(guò)增加中間坯厚度、投用熱卷箱、關(guān)閉精軋機(jī)架間冷卻水和增加軋制潤(rùn)滑等措施提高終軋溫度，均勻晶粒組織，提升了SPHC-P 成形性能。工藝改進(jìn)后生產(chǎn)的低碳酸洗鋼SPHC-P 試用無(wú)明顯減薄、隱裂和開(kāi)裂，達(dá)到用戶要求。

低碳熱軋酸洗鋼因具有良好的性能和表面質(zhì)量，在一些行業(yè)能夠替代冷軋產(chǎn)品，有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力[1]。低碳酸洗鋼在加工過(guò)程中須經(jīng)過(guò)折彎、輥壓、擴(kuò)孔、拉伸、沖壓和翻邊等成形工藝，因此，材料本身的組織和力學(xué)性能如屈服強(qiáng)度、延伸率和塑形應(yīng)變比r值對(duì)材料的加工成形有重要的影響[2]。日照鋼鐵低碳酸洗鋼SPHC-P 性能和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，用于制作壓縮機(jī)外殼、電機(jī)外殼和五金配件等。但某一批次低碳酸洗鋼SPHC-P 在用戶制作壓縮機(jī)外殼過(guò)程中出現(xiàn)批量開(kāi)裂，開(kāi)裂位置為壓縮機(jī)凸臺(tái)外邊緣的端部。對(duì)開(kāi)裂鋼卷位置進(jìn)行取樣，通過(guò)成分、金相組織和力學(xué)性能檢測(cè)手段分析導(dǎo)致開(kāi)裂的原因，從而進(jìn)行針對(duì)性的工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)酸洗板的性能。

開(kāi)裂問(wèn)題描述

圖1為低碳酸洗鋼SPHC-P 制作的壓縮機(jī)外殼殼體開(kāi)裂照片。從圖1(a)可以看出下殼體的凸臺(tái)外邊緣的端部有明顯頂端開(kāi)裂，圖1(b)顯示相同部位有明顯減薄痕跡和隱裂。為了分析開(kāi)裂產(chǎn)生原因，從開(kāi)裂的鋼卷取20 mm×20 mm 大小的試樣進(jìn)行金相組織觀察，并進(jìn)行成分、力學(xué)性能檢驗(yàn)和廠內(nèi)工藝調(diào)查。

圖1 壓縮機(jī)外殼開(kāi)裂照片：(a)開(kāi)裂形貌；(b)隱裂形貌

沖壓開(kāi)裂分析

成分檢測(cè)

在開(kāi)裂鋼卷取樣進(jìn)行成分檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。從表中可以看出，開(kāi)裂鋼卷各元素含量均符合材料要求，因此可以判斷開(kāi)裂并非成分異常造成。

表1 酸洗板SPHC-P 成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

熱軋工藝調(diào)查

低碳酸洗鋼SPHC-P 熱軋工藝要求終軋溫度在(890±20) ℃范圍內(nèi)。從圖2 可以看出，2.5 mm 規(guī)格低碳酸洗鋼SPHC-P 問(wèn)題卷對(duì)應(yīng)精軋溫度波動(dòng)較大，精軋溫度整體偏低，精軋溫度最小值小于800 ℃，遠(yuǎn)低于工藝要求。

圖2 開(kāi)裂鋼卷熱軋工藝調(diào)查

性能檢測(cè)

對(duì)開(kāi)裂鋼卷取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 開(kāi)裂卷樣板檢測(cè)性能

從試樣的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果可知，縱向伸長(zhǎng)率偏低僅39%，低于放行標(biāo)準(zhǔn)≥40%的要求，縱向的屈服強(qiáng)度較正常卷高33 MPa 左右，縱向的屈強(qiáng)比高0.07，且縱向r值低0.27。屈服強(qiáng)度高、延伸率低、屈強(qiáng)比高以及r值低導(dǎo)致材料的成形性能變差是造成沖壓開(kāi)裂的直接原因。

組織觀察

選取開(kāi)裂鋼卷，進(jìn)行金相組織觀察。從圖3 中可以看出開(kāi)裂鋼卷表層組織為條帶狀的鐵素體組織，心部組織為鐵素體+少量滲碳體的再結(jié)晶組織且部分區(qū)域存在混晶。

圖3 開(kāi)裂鋼卷的金相組織：(a)表層組織；(b)心部組織

終軋溫度較低而且終軋溫度波動(dòng)大，精軋溫度最低值＜800 ℃，鋼卷在兩相區(qū)軋制，導(dǎo)致混晶，惡化延伸率[3]。帶鋼表面受到冷卻水影響溫度更低，同時(shí)由于軋輥與帶鋼摩擦形成剪切力，導(dǎo)致帶鋼在全鐵素體區(qū)軋制，冷卻后表層形成條帶狀鐵素體組織。

壓縮機(jī)外殼下殼體的凸臺(tái)邊緣變形最大，對(duì)性能尤其是延伸率要求高。如果材料延伸率低或者組織不均勻存在混晶，粗晶區(qū)容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，在變形最大處出現(xiàn)減薄、隱裂或開(kāi)裂。因此需要在提升延伸率的同時(shí)均勻組織，消除混晶。

同時(shí)，塑形應(yīng)變比r值也是衡量板材成形性能重要的指標(biāo)之一，反映了在沖壓成形過(guò)程中材料抵抗厚度方向減薄的能力。r值越大的材料越不易變薄，成形過(guò)程越不容易產(chǎn)生局部減薄和裂紋。趙鴻金等[4]認(rèn)為，終軋溫度和卷取溫度對(duì)r值有重要的影響，在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了回歸模擬分析。

因此，提高終軋溫度不僅能夠均勻組織，增大延伸率，同時(shí)能夠提高r值，進(jìn)而改善材料的成形性能。

工藝改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)開(kāi)裂試樣分析結(jié)果，在1580 熱軋產(chǎn)線進(jìn)行低碳酸洗鋼SPHC-P 工藝實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘岣弑∫?guī)格終軋溫度，改善產(chǎn)品力學(xué)性能。提高中間坯厚度(34 mm 提高到38 mm)，投用熱卷箱，關(guān)閉機(jī)架間冷卻水，確保精軋終軋溫度(890±20) ℃，避免在兩相區(qū)軋制而形成混晶。投用軋制潤(rùn)滑，減輕表層和心部組織差異，均勻帶鋼厚度組織。

熱軋工藝

本次實(shí)驗(yàn)保持低碳酸洗鋼SPHC-P 成分不變，僅進(jìn)行熱軋工藝調(diào)整，實(shí)驗(yàn)方案和執(zhí)行結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 低碳酸洗鋼SPHC-P 工藝改進(jìn)方案

改進(jìn)工藝后，低碳酸洗鋼的終軋溫度明顯升高，終軋溫度在872~905 ℃范圍內(nèi)，平均溫度889 ℃，均高于Ar3，避免了在兩相區(qū)軋制。卷取溫度665~700 ℃，平均溫度685 ℃，卷取溫度較高，有利于熱軋組織的均勻和粗化。

優(yōu)化后組織

改進(jìn)工藝后，對(duì)熱軋卷進(jìn)行取樣進(jìn)行組織觀察。從圖4 中可以看出，經(jīng)過(guò)熱軋工藝優(yōu)化，低碳酸洗鋼SPHC-P 得到以鐵素體+滲碳體為主的組織，晶粒度表層9 級(jí)，心部為8.5 級(jí)，組織均勻無(wú)混晶。

圖4 工藝優(yōu)化后金相組織：(a)表層組織；(b)心部組織

優(yōu)化后性能

改進(jìn)工藝熱軋卷酸洗平整后，取拉伸試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4。優(yōu)化后低碳酸洗鋼的屈服強(qiáng)度為231 MPa，延伸率為44.5%，屈強(qiáng)比0.64。屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比降低，延伸率和r值增加，提高了沖壓成形過(guò)程中的應(yīng)變能力。

表4 低碳酸洗鋼SPHC-P 優(yōu)化后力學(xué)性能

試用效果

優(yōu)化工藝后的低碳酸洗鋼SPHC-P 在同一用戶進(jìn)行同型號(hào)壓縮機(jī)外殼下殼體的沖壓，成形效果見(jiàn)圖5。現(xiàn)場(chǎng)沖壓600 件壓縮機(jī)外殼下殼體，成形效果良好，無(wú)明顯減薄、隱裂和開(kāi)裂問(wèn)題，完全滿足用戶要求。

圖5 壓縮機(jī)外殼下殼體沖壓后無(wú)開(kāi)裂

結(jié)束語(yǔ)

低碳酸洗鋼SPHC-P 開(kāi)裂鋼卷的成分合格，表層形成條帶組織和心部局部混晶，帶鋼厚度方向組織差異大、不均勻，導(dǎo)致延伸率和r值較低是本次壓縮機(jī)下殼體開(kāi)裂的主要原因。終軋溫度低，機(jī)架間冷卻水量大，表層在鐵素區(qū)軋制，心部在兩相區(qū)軋制，是造成組織差異大的原因。通過(guò)增加中間坯厚度、關(guān)閉機(jī)架間冷卻水、投用熱卷箱和潤(rùn)滑軋制等措施，提高終軋溫度，均勻帶鋼組織，提高延伸率和r值，解決了酸洗板SPHC-P 沖壓開(kāi)裂問(wèn)題。