改善焊瓶鋼HP295 沖壓性能的生產(chǎn)實(shí)踐

王世海

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原030003）

焊接氣瓶在生產(chǎn)過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)冷沖壓變形，某用戶(hù)在使用太鋼焊瓶鋼HP295 過(guò)程中，出現(xiàn)了廢品率偏高問(wèn)題，廢品率達(dá)到4.3%，主要表現(xiàn)為沖壓開(kāi)裂。從夾雜物水平和力學(xué)性能入手分析沖壓開(kāi)裂原因，通過(guò)針對(duì)性地調(diào)整成分和生產(chǎn)工藝，使夾雜物水平和屈強(qiáng)比降低，材料的加工性能改善，大幅降低了沖壓開(kāi)裂率。

1 開(kāi)裂材料測(cè)試分析

1.1 夾雜物分析

夾雜物是影響材料沖壓性能的關(guān)鍵因素，在光學(xué)顯微鏡下可以看出，在裂口附近沿軋制方向有大量長(zhǎng)度20～40 μm 的A 類(lèi)夾雜物（見(jiàn)圖1-1），其他夾雜物級(jí)別均小于0.5，在電子顯微鏡下觀(guān)察（見(jiàn)圖1-2）和能譜分析（見(jiàn)圖1-3），確定夾雜物為MnS。

圖1 開(kāi)裂試樣的夾雜物分析

使用化學(xué)法對(duì)開(kāi)裂試樣進(jìn)行了化學(xué)成分分析（見(jiàn)表1），結(jié)果顯示化學(xué)元素w（S）達(dá)到0.011%，接近內(nèi)控值0.012%的上限，容易導(dǎo)致A 類(lèi)夾雜物產(chǎn)生。

表1 開(kāi)裂試樣化學(xué)成分

1.2 力學(xué)性能分析

對(duì)開(kāi)裂試樣進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)（見(jiàn)表2），各項(xiàng)指標(biāo)雖然符合國(guó)標(biāo)要求，但屈強(qiáng)比偏高，延伸率也不理想，不利于材料的沖壓性能[1]，有進(jìn)一步改善的空間。分析降低材料屈強(qiáng)比途徑，可參照如下Pickering 公式：

式中：w（Mn）、w（Si）和w（Nf）分別為鋼中Mn 元素、Si元素和自由氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；SP%為珠光體面積的百分比；d為鐵素體的晶粒尺寸，mm。

表2 力學(xué)性能對(duì)比

根據(jù)Pickering 公式可知，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均與鐵素體晶粒尺寸成反比，但屈服強(qiáng)度受鐵素體晶粒尺寸影響更為顯著[2]，即隨著鐵素體晶粒尺寸的增大，屈強(qiáng)比會(huì)降低[2]。因此，可以調(diào)整生產(chǎn)工藝，適當(dāng)增加鐵素體晶粒尺寸，降低屈強(qiáng)比。

2 改進(jìn)措施

2.1 提高鋼質(zhì)純凈度

為了使材料具有良好的沖壓加工性能，必須提高鋼質(zhì)的純凈度，控制鋼中夾雜物的尺寸和數(shù)量[3]。針對(duì)性地調(diào)整了化學(xué)成分w（S）的冶煉控制上限值，由0.012%調(diào)整為0.007%，達(dá)到減少A 類(lèi)夾雜物的目的。

2.2 優(yōu)化層流冷卻模式

太鋼生產(chǎn)HP 295 采用全長(zhǎng)層流冷卻，為了減少層流冷卻水量，卷取溫度由650 ℃提高至680 ℃。通過(guò)減少層流冷卻開(kāi)始階段的水量，一方面減小了先共析鐵素體析出階段的冷速，過(guò)冷度減小，使鐵素體形核率下降；另一方面推遲了共析轉(zhuǎn)變的開(kāi)始時(shí)間，使先析出的鐵素體有更多長(zhǎng)大機(jī)會(huì)。以上兩個(gè)因素均能使鐵素體晶粒尺寸增大。

3 改進(jìn)效果

3.1 力學(xué)性能

對(duì)新工藝生產(chǎn)的鋼卷進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)（見(jiàn)表2），與沖裂的試樣相比，新工藝的屈強(qiáng)比和屈服強(qiáng)度降低，延伸率提升，有利于改善材料的沖壓性能。

3.2 金相組織

通過(guò)對(duì)比新工藝和開(kāi)裂試樣的500 倍金相組織，新工藝試樣的鐵素體尺寸（見(jiàn)圖2-2）明顯大于開(kāi)裂試樣（見(jiàn)圖2-1），新工藝的夾雜物水平也有改善明顯（見(jiàn)圖2-3）。

圖2 金相組織對(duì)比

4 結(jié)論

1）提高鋼質(zhì)的純凈度，降低化學(xué)元素S 的含量，是降低焊瓶鋼HP 295 中A 類(lèi)夾雜物等級(jí)的有效手段。

2）通過(guò)適當(dāng)提高卷取溫度，減少層流冷卻開(kāi)始階段的水量，可以增加鐵素體晶粒尺寸，從而降低屈強(qiáng)比。

3）經(jīng)過(guò)優(yōu)化化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝，用戶(hù)使用新工藝的產(chǎn)品后，沖壓廢品率由4.3%降低到1%以下，滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求。