冷鐓鋼加工表面缺陷特征分析

陳占杰　張全剛　楊曉奇

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

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冷鐓鋼加工表面缺陷特征分析

陳占杰張全剛楊曉奇

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

針對(duì)表面缺陷引起的冷鐓開(kāi)裂現(xiàn)象，通過(guò)熱酸浸、金相組織觀察、硬度檢測(cè)試驗(yàn)對(duì)表面缺陷進(jìn)行分析，對(duì)原始盤條所帶表面缺陷和加工過(guò)程產(chǎn)生的表面缺陷進(jìn)行辨別。結(jié)果表明，原始盤條所帶表面缺陷形貌細(xì)長(zhǎng)，深度較深，形狀不規(guī)則，退火后缺陷處金相組織發(fā)生脫碳和鐵素體異常長(zhǎng)大，硬度與基體硬度有明顯差別。用戶拉拔產(chǎn)生的表面缺陷形貌特征寬且淺，為平滑的圓弧形凹坑，保留劃傷原始形貌，缺陷周邊金相組織無(wú)異常，硬度與基體硬度相同。

冷鐓鋼加工缺陷劃傷表面缺陷特征

0　引言

冷鐓鋼盤條一般經(jīng)拉拔、退火、冷鐓、調(diào)質(zhì)處理等加工制作螺栓、螺母和鉚釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)件，被廣泛用于汽車、機(jī)械設(shè)備、電器、航空設(shè)備等行業(yè)。安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司第一煉軋廠有多年生產(chǎn)冷鐓鋼盤條經(jīng)驗(yàn)，其產(chǎn)品鋼質(zhì)純凈度高、非金屬夾雜物和氧、氮?dú)怏w含量低、成分穩(wěn)定、表面質(zhì)量好、脫碳層深度較小、用戶使用冷鐓開(kāi)裂率低、經(jīng)熱處理后機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有著良好的口碑。下游用戶在使用冷鐓鋼最注重冷鐓開(kāi)裂情況，文獻(xiàn)表明引起冷墩鋼冷墩開(kāi)裂的主要原因是鋼材表面缺陷[1，2]。表面缺陷易在盤條軋制生產(chǎn)中及用戶拉拔過(guò)程中產(chǎn)生，均會(huì)造成后期使用過(guò)程冷鐓開(kāi)裂。而用戶往往以為材料本身原因造成了開(kāi)裂，對(duì)鋼廠失去信心。加工過(guò)程中的工序(如拉拔、退火等)會(huì)改變表面缺陷，使缺陷具有一定的形貌特征，通過(guò)對(duì)比分析表面缺陷形貌及缺陷周邊金相組織、硬度等特征情況，確認(rèn)表面缺陷產(chǎn)生的工序和原因，有利于進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量。

1　試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料選取近年來(lái)安鋼質(zhì)量反饋的冷鐓鋼產(chǎn)品，鋼種包含SWRCH35K、ML40Cr和SCM435，所采用的試驗(yàn)材料均具有明顯的表面缺陷，且部分材料已經(jīng)過(guò)用戶的加工(如拉拔、退火)。試驗(yàn)方法為系統(tǒng)的應(yīng)用安鋼技術(shù)中心實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)設(shè)備。冷鐓鋼的加工過(guò)程一方面能產(chǎn)生新的表面缺陷，另一方面也改變了原有表面缺陷特征。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行熱酸浸、金相組織觀察、硬度檢測(cè)試驗(yàn)，觀察表面缺陷形貌特征，收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比和分析，根據(jù)結(jié)果判定表面缺陷產(chǎn)生原因，以此更好的提出針對(duì)性的改進(jìn)措施。

2　結(jié)果與分析

2.1拉拔工序產(chǎn)生的表面缺陷特征

拉拔是用戶在使用冷鐓鋼盤條的必要工序，通過(guò)拉拔縮小盤條直徑，一方面使盤條尺寸精度更高，另一方面調(diào)整盤條的表面硬度適于退火或冷鐓。拉拔過(guò)程盤條產(chǎn)生一定的金屬流變，對(duì)盤條表面缺陷產(chǎn)生影響，另拉拔過(guò)程也有概率產(chǎn)生新的表面缺陷。試樣熱酸浸后情況如圖1所示。

1#試樣和2#試樣均經(jīng)過(guò)用戶拉拔加工，在后期冷鐓過(guò)程中出現(xiàn)不同程度開(kāi)裂。從圖1可以看出，缺陷均為直線形狀表面缺陷。1#試樣缺陷宏觀形貌細(xì)長(zhǎng)，觀察不到缺陷底部，深度較深；2#試樣缺陷形貌寬且淺，缺陷底部可見(jiàn)，較為光亮，可以判斷出底部圓滑。根據(jù)缺陷形貌特征平滑的圓弧形凹坑[3]，2#試樣缺陷為劃傷缺陷。因缺陷仍保持著原有劃傷缺陷形貌，無(wú)任何改變，判斷為在最后一次拉拔過(guò)程產(chǎn)生，應(yīng)在用戶的拉拔中出現(xiàn)尖銳異物劃傷盤條表面所致。而1#試樣，因拉拔過(guò)程盤條表層金屬發(fā)生流變，缺陷已無(wú)劃傷形貌，初步判定為拉拔前已經(jīng)存在表面缺陷。

在下游用戶使用過(guò)程中，出現(xiàn)冷鐓開(kāi)裂時(shí)可以通過(guò)熱酸浸后宏觀觀察材料表面缺陷，根據(jù)缺陷形貌特征快速分辨缺陷產(chǎn)生的工序，有利于減少?gòu)U品率。對(duì)表面形貌特征進(jìn)行宏觀觀察后，可以通過(guò)金相組織觀察，進(jìn)一步分析材料表面缺陷，其缺陷處金相組織如圖2所示。

(a) 1#試樣Φ15.8 mm規(guī)格SWRCH35K

(b) 2#試樣Φ7.4 mm規(guī)格SWRCH35K

(a) 1#試樣200倍(b) 2#試樣25倍(c) 2#試樣200倍

圖2缺陷處金相組織

從圖2可以看出，1#試樣缺陷深325 μm，呈由表面向內(nèi)延伸的裂紋，形狀彎曲，缺陷開(kāi)口處呈不規(guī)則狀、無(wú)平滑弧形。此類缺陷為冷鐓鋼盤條所帶缺陷，裂紋深，形狀不規(guī)則，且因拉拔的影響缺陷開(kāi)口處無(wú)平滑弧形，無(wú)固定形狀。圖2(b)為2#試樣的低倍形貌，進(jìn)一步放大200倍如圖2(c)所示，邊部缺陷寬330 μm，深度144 μm，寬且淺、缺陷形貌為平滑的圓弧形凹坑，與宏觀觀察結(jié)果一致，為劃傷缺陷形貌。

冷鐓鋼盤條在拉拔過(guò)程中，由于金屬流變，盤條原有的表面缺陷會(huì)發(fā)生變形，缺陷開(kāi)口處形貌表現(xiàn)不規(guī)則，發(fā)生一定的閉合。而拉拔過(guò)程產(chǎn)生的劃傷缺陷，形貌特征較突出，明顯區(qū)別于盤條原始表面缺陷，如發(fā)現(xiàn)拉拔劃傷缺陷，應(yīng)及時(shí)檢查更換拉拔模具等，減少缺陷的產(chǎn)生。

2.2退火工序?qū)Ρ砻嫒毕莸挠绊?/p>

退火是加工大變形量標(biāo)準(zhǔn)件必須的工序。經(jīng)退火后得到均勻細(xì)小的球化組織可顯著地提高盤條塑性變形的能力。退火過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生表面線性缺陷，但會(huì)對(duì)表面缺陷的特征產(chǎn)生一定的影響。對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)，其結(jié)果如圖3所示。

(a) 3#試樣 SCM435(b) 4#試樣 ML40Cr(c) 5#試樣SCM435

圖3缺陷試樣退火后金相組織

試樣均經(jīng)過(guò)退火、拉拔加工，在冷鐓過(guò)程出現(xiàn)開(kāi)裂，對(duì)開(kāi)裂試樣進(jìn)行金相組織觀察。3#、4#試樣表面缺陷深度較深，開(kāi)口處不規(guī)則，在用戶拉拔前已存在的表面缺陷。而5#試樣缺陷寬93 μm，深75 μm，寬且淺，底部光滑，開(kāi)口處沒(méi)有變形，為用戶拉拔劃傷缺陷。

從圖3(a)和圖3(b)可以看出，缺陷周圍金相組織有脫碳、鐵素體異常長(zhǎng)大現(xiàn)象。因邊部存在缺陷，在退火過(guò)程中，易在密封的腔體內(nèi)形成高溫，在長(zhǎng)時(shí)間高溫的情況下易發(fā)生脫碳和鐵素體異常長(zhǎng)大，甚至產(chǎn)生沿鐵素體晶界擴(kuò)展的裂紋，如圖3(b)所示。圖3(c)為用戶拉拔劃傷缺陷，通過(guò)對(duì)劃傷缺陷周邊組織觀察，組織無(wú)異常，無(wú)氧化脫碳特征，判定為退火后拉拔產(chǎn)生的劃傷缺陷。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1-2009測(cè)試基體和缺陷附近的顯微硬度，對(duì)所取試樣進(jìn)行硬度檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　維氏硬度(HV0.2)測(cè)試結(jié)果

由表1可知，3#試樣缺陷處和基體的硬度相差明顯，而5#試樣缺陷處和基體硬度基本相同，且與3#試樣基體硬度相差不大。因退火過(guò)程中缺陷處組織異常，有脫碳和鐵素體長(zhǎng)大，造成硬度明顯降低。通過(guò)硬度測(cè)量可以分辨缺陷周邊是否異常，進(jìn)一步判定缺陷產(chǎn)生的工序。值得注意的是，退火后試樣硬度檢測(cè)可分辨出缺陷處組織是否存在異常，而調(diào)質(zhì)處理后試樣因淬火的影響，試樣缺陷處和基體的硬度差別不大[4]。

3　結(jié)論

冷鐓鋼加工過(guò)程產(chǎn)生的表面缺陷明顯區(qū)別于原始盤條所帶表面缺陷，通過(guò)試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

1)用戶拉拔產(chǎn)生的表面缺陷形貌特征寬且淺，為平滑的圓弧形凹坑，缺陷周邊金相組織無(wú)異常，硬度與基體硬度相同。

2) 盤條所帶表面缺陷經(jīng)用戶加工后，缺陷形貌細(xì)長(zhǎng)，深度較深，形狀不規(guī)則。退火后缺陷處金相組織發(fā)生脫碳和鐵素體異常長(zhǎng)大，硬度與基體硬度有明顯差別。

3)冷鐓鋼盤條在后續(xù)退火、拉拔等加工過(guò)程中表面缺陷特征會(huì)有相應(yīng)改變，如缺陷周邊脫碳、拉拔后缺陷開(kāi)口處不規(guī)則等新的特征。

[1]戴寶昌.重要用途線材制品生產(chǎn)新技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2001:61.

[2]李印長(zhǎng),孫汝林,張全剛,等.冷鐓鋼冷鐓開(kāi)裂影響因素分析及控制[J].河南冶金，2010(5):44-46.

[3]龔桂仙，陳士華，浦紹康,等.鋼鐵產(chǎn)品缺陷與失效實(shí)例分析圖譜[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2012:136-138.

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ANALYSIS OF SURFACE DEFECTS CHARACTERISTIC FOR COLD HEADING STEEL PROCESSING

Chen ZhanjieZhang QuangangYang Xiaoqi

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

According to the surface defect caused by cold heading cracking phenomenon, analysis of surface defects is carried out through the hot acid leaching, metallographic observation, hardness testing, surface defects on the original wire rod and generated during machining process are discriminated. The results show, surface defects on the original wire rod are elongated, deep and with irregular shape. After annealing microstructure of defect occurs decarburization and ferrite grow up abnormally, there is obvious difference between the hardness and the hardness of the matrix. The surface defects formed by the drawing of the users are characterized by wide and shallow surface defects, which are smooth arc shaped pits, retain the original appearance of scratch, and the microstructure of the defect is not abnormal, and the hardness is the same as the matrix.

cold heading steelprocessing defectsscratchcharacteristics of surface defects

聯(lián)系人：陳占杰，工程師,河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心;2016—4—27