張正波

(寶武杰富意特殊鋼有限公司，廣東 韶關(guān) 512123)

LAX340Y410T屬于高強(qiáng)度低合金鋼，要求屈服強(qiáng)度大于340 MPa，抗拉強(qiáng)度大于410 MPa。LAX340Y410T多用于汽車板材，而圓棒應(yīng)用較少。通常配套汽車減震器套管的原材料為棒材，經(jīng)過穿管加工后主要應(yīng)用于汽車減震器套管配件等關(guān)鍵部位，對(duì)其表面質(zhì)量有較高要求，且要求具有良好的冷加工、成型和機(jī)械性能。LAX340Y410T主要供美國(guó)克萊斯勒大捷龍汽車車型減震器套管用汽車配件，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家應(yīng)用較少。寶武杰富意特殊鋼有限公司首次試制汽車減震器套管用鋼LAX340Y410T，產(chǎn)品性能指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但圓鋼表面存在通條裂紋、爛鋼等缺陷，表面漏磁探傷初檢合格率僅3.13%。本文針對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行工藝技術(shù)優(yōu)化研究，以期提高LAX340Y410T圓鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

1 問題分析

1.1 LAX340Y410T生產(chǎn)工藝流程

LAX340Y410T生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→KR脫硫→轉(zhuǎn)爐→LF→RH→連鑄機(jī)→加熱爐→高壓水除磷→中棒軋機(jī)→探傷→檢驗(yàn)入庫(kù)。

1.2 問題闡述

LAX340Y410T屬于低碳低合金鋼，但對(duì)強(qiáng)度有要求。產(chǎn)品開始試制階段，成分設(shè)計(jì)添加強(qiáng)碳化物形成元素V，V的主要作用是沉淀強(qiáng)化，通過增加相變的過冷度來細(xì)化鐵素體和珠光體，提高V在高溫下的溶解度從而起到沉淀強(qiáng)化的作用[1-4]。同時(shí)，在冶煉過程進(jìn)行氮?dú)猸h(huán)流，目的是使微合金元素以碳/氮化物在鐵素體和珠光體中析出，起到強(qiáng)化作用，使其強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。首次開發(fā)試制LAX340Y410T鋼成分設(shè)計(jì)見表1。

表1 LAX340Y410T鋼的成分設(shè)計(jì)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

將首次冶煉的LAX340Y410T投料軋制成規(guī)格為φ60 mm的圓鋼。軋制過程中發(fā)現(xiàn)圓鋼表面存在通條裂紋缺陷。跟蹤發(fā)現(xiàn)鋼坯加熱出爐經(jīng)粗軋后鋼坯角部有角裂缺陷，精軋后形成通條裂紋缺陷。對(duì)該批次圓鋼進(jìn)行表面漏磁探傷，探傷合格率僅為3.13%，見表2。鋼材表面缺陷如圖1、圖2所示；鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度見表3，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 表面漏磁探傷合格率

圖1 鑄坯初軋表面角部缺陷Fig.1 Surface corner defects of cast slab after blooming

圖2 圓鋼表面缺陷Fig.2 Surface defects of round steel

表3 力學(xué)性能

1.3 缺陷分析

在圓鋼缺陷部位取樣進(jìn)行金相組織觀察，如圖3所示。從圖中可以看出，腐蝕前裂紋周圍無異常夾雜物，見圖3(a)；腐蝕后裂紋周圍有脫碳，且裂紋內(nèi)有大量氧化鐵及氧化質(zhì)點(diǎn)，見圖3(b)，這說明裂紋缺陷產(chǎn)生于軋制前，裂紋缺陷經(jīng)加熱爐高溫加熱后在缺陷周圍產(chǎn)生氧化質(zhì)點(diǎn)和脫碳。結(jié)合軋制過程中鑄坯出爐，經(jīng)初軋后發(fā)現(xiàn)鋼材表面存在角部裂紋，這進(jìn)一步驗(yàn)證裂紋缺陷產(chǎn)生于軋制前。

(a)腐蝕前；(b)腐蝕后圖3 腐蝕前后裂紋缺陷(a)before corrosion; (b)after corrosionFig.3 Crack defects before and after corrosion

1.4 鑄坯剝皮與未剝皮生產(chǎn)試驗(yàn)

1.4.1試驗(yàn)情況

為了進(jìn)一步明確裂紋缺陷是在加熱過程中產(chǎn)生的，還是鑄坯自身就存在。對(duì)庫(kù)存未軋制的鑄坯進(jìn)行剝皮觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在剝皮過程中鑄坯的四個(gè)表面均存在深度約2～3 mm的凹坑缺陷，如圖4所示。

圖4 鑄坯剝皮表面凹坑缺陷Fig.4 Pit defects on the surface of cast billet after peeling

對(duì)同爐號(hào)鑄坯進(jìn)行剝皮和不剝皮的軋制試驗(yàn)。試驗(yàn)方案為：未剝皮的2支鑄坯，其中1支穿水軋制，另1支未穿水軋制；而剝皮的6支鑄坯(剝皮至表面無肉眼可見凹坑缺陷)將其中3支進(jìn)行穿水軋制，另3支未穿水軋制。試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知，剝皮和不剝皮鑄坯軋制的圓鋼表面均存在通條裂紋、翹皮等缺陷。未剝皮鑄坯軋制的圓鋼表面探傷合格率為0，而經(jīng)穿水軋制與不穿水軋制的剝皮鑄坯圓鋼表面探傷合格率分別為24.6%和30.88%。

表4 剝皮和不剝皮鑄坯的軋制試驗(yàn)情況

1.4.2裂紋缺陷分析

在剝皮鑄坯軋制圓鋼和未剝皮鑄坯軋制的圓鋼缺陷部位分別取樣進(jìn)行組織觀察，如圖5所示。由圖5可知，未剝皮鑄坯與剝皮軋制的圓鋼缺陷組織形貌比較類似，缺陷處均有大量氧化鐵，裂紋兩側(cè)可見大量?jī)?nèi)氧化，裂紋內(nèi)及周圍無夾雜物存在。腐蝕后，裂紋處有脫碳現(xiàn)象。這說明裂紋與非金屬夾雜無關(guān)，缺陷已在軋制前產(chǎn)生。根據(jù)鑄坯剝皮后軋制的圓鋼也出現(xiàn)裂紋缺陷，這說明LAX340Y410T的應(yīng)力裂紋敏感性較強(qiáng)，由于鑄坯未緩冷，應(yīng)力未釋放完全，鑄坯在加熱過程中容易產(chǎn)生裂紋缺陷。根據(jù)圓鋼表面探傷結(jié)果，剝皮鑄坯軋制圓鋼的探傷合格率比未剝皮的高，說明鑄坯表面存在的凹坑缺陷會(huì)在加熱過程中因應(yīng)力集中加劇裂紋的擴(kuò)展，從而導(dǎo)致探傷合格率下降。

(a)未剝皮鑄坯，腐蝕前；(b)未剝皮鑄坯，腐蝕后；(c)剝皮鑄坯，腐蝕前；(d)剝皮鑄坯，腐蝕后圖5 剝皮和未剝皮鑄坯軋制圓鋼缺陷50×(a)unpeeled cast billet,before corrosion;(b)unpeeled cast billet,after corrosion;(c)peeled cast billet,before corrosion;(d)peeled cast billet,after corrosionFig.5 Defects of rolled round steel of peeled and unpeeled cast billet 50×

1.5 鑄坯凹坑缺陷產(chǎn)生原因分析

LAX340Y410T鋼含碳量≤0.12%，屬于典型的亞包晶鋼，裂紋敏感性較強(qiáng)，鑄坯表面凹坑缺陷的產(chǎn)生主要與亞包晶鋼裂紋敏感性強(qiáng)有關(guān)。另外，鋼成分中加入N元素會(huì)進(jìn)一步提高裂紋敏感性，這是因?yàn)镹易與V生成脆性氮化物，連鑄坯中的氮化物和碳氮化物在振痕凹處易析出，導(dǎo)致局部的熱韌性降低[5]。LAX340Y410T鋼屬于低碳亞包晶鋼，振痕較深，深振痕將使應(yīng)力更集中，鑄坯表面裂紋和凹坑缺陷在深振痕的凹處易于形成并長(zhǎng)大。因此，鑄坯凹坑缺陷的產(chǎn)生與亞包晶鋼LAX340Y410T中加入了N元素有關(guān)。

2 工藝優(yōu)化實(shí)踐

根據(jù)以上分析結(jié)果，對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并再次進(jìn)行試制。

2.1 工藝改善方案

工藝改善方案為：優(yōu)化調(diào)整材料成分、增加鑄坯緩冷和降低加熱爐預(yù)熱溫度。成分設(shè)計(jì)從成本考慮將C、Si元素按標(biāo)準(zhǔn)要求上限控制，降低微合金強(qiáng)化元素V的含量。同時(shí)，取消冶煉過程中氮?dú)猸h(huán)流，且鑄坯進(jìn)行緩冷。

2.2 工藝試驗(yàn)情況

根據(jù)工藝優(yōu)化方案再次進(jìn)行試制，冶煉過程正常，成分滿足設(shè)計(jì)要求。N含量測(cè)量值為49.4 ppm，見表5。成分優(yōu)化調(diào)整后鑄坯力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，見表6。

表5 成分優(yōu)化調(diào)整(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表6 工藝優(yōu)化后材料的力學(xué)性能

鑄坯未見明顯異常缺陷，輕微剝皮后未見明顯凹坑、裂紋等缺陷，如圖6所示。鑄坯經(jīng)緩冷后軋制成規(guī)格為φ60 mm的圓鋼，軋制過程正常，圓鋼表面無肉眼可見的翹皮、通條裂紋等缺陷，圓鋼表面漏磁探傷初檢合格率達(dá)到90.2%，總合格率達(dá)到98%。

圖6 鑄坯剝皮表面質(zhì)量Fig.6 Surface quality of peeled cast billets

3 結(jié)論

1)嚴(yán)格控制LAX340Y410T鋼中N含量，可減少鑄坯表面裂紋和凹坑缺陷。

2)通過鑄坯緩冷，可有效防止應(yīng)力裂紋產(chǎn)生。

3)通過制定針對(duì)性工藝改善措施，LAX340Y410T圓鋼表面探傷合格率由初次試制的3.13%提升至90.2%，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。