380CL鋼輪輞表面翹皮缺陷分析

王延蘋，徐 劍，徐正彪，趙 文

(日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276800)

380CL鋼因其良好的綜合力學性能，被廣泛用于制造商用車車輪輪輻、輪輞等。某車輪廠在使用某批次厚度為6.8 mm的380CL鋼制作φ22.5 mm×8.25 mm和φ17.5 mm×6.00 mm等型號車輪輪輞時，發(fā)現(xiàn)在輪輞外輪廓槽底圓角位置出現(xiàn)翹皮缺陷，導致輪輞表面無法進行修復，報廢比例達5.1%，嚴重影響了輪輞的成材率和加工效率。本文采用化學成分分析、金相組織觀察和能譜檢測等手段對380CL鋼輪輞表面翹皮的產生原因進行分析，并進行工藝優(yōu)化，進而提高了輪輞合格率。

1 材料檢測分析

1.1 缺陷形貌

某車輪廠制造輪輞工藝流程為：鋼卷→開平→分條→酸洗→卷圓→壓平→閃光對焊→去焊渣→擴口→輥形→擴漲→沖孔、組裝焊接→電泳→成品。在輥形工序，發(fā)現(xiàn)輪輞存在翹皮缺陷。翹皮主要位于輪輞槽底圓角位置，長度不一，見圖1(a)；缺陷處可見明顯裂紋，由于裂紋深度較深，輪輞無法打磨修復合格。根據(jù)翹皮缺陷在輪輞寬度方向上的位置，對缺陷鋼卷制造輪輞過程進行全流程工藝還原，確認缺陷位于卷板傳動側下表面邊部約120 mm處。同批次鋼卷在開平過程中，肉眼檢查翹皮對應位置鋼卷，表面無裂紋存在。

(a)翹皮形貌；(b)取樣位置

1.2 化學成分檢測

依據(jù)標準GB/T 4336—2016，采用SMS2000直讀光譜分析儀，對380CL鋼輪輞表面翹皮附近的基體進行化學成分檢測，如表1所示。其化學成分符合標準要求。

表1 380CL鋼化學成分(質量分數(shù)，%)

1.3 斷口形貌分析

在翹皮缺陷處取樣制成金相試樣，取樣位置如圖1(b)所示，采用光學顯微鏡進行金相組織觀察。試樣截面可見大量裂紋，裂紋尾部平行于表面延伸，最深約500 μm，如圖2所示。裂紋內及裂紋尾部的延長線上有氧化鐵分布，裂紋周圍局部存在氧化鐵和氧化圓點，腐蝕后可見裂紋周圍局部組織存在明顯的晶粒粗大和脫碳現(xiàn)象，如圖3所示。試樣的基體組織為F+P+Fe3C，表層鐵素體為等軸F+少量多邊形F，晶粒度為10.5級，如圖4(a)所示；心部鐵素體為多邊形F+少量等軸F，晶粒度為9.0級，珠光體含量表層略大于心部，如圖4(b)所示。

圖2 翹皮缺陷形貌

圖3 裂紋周圍的金相組織

(a)表層組織；(b)心部組織

采用EVOMA10型掃描電子顯微鏡，對試樣裂紋內、裂紋延長線及裂紋周圍進行能譜分析，結果如圖5和表2所示。結果表明，各位置只含F(xiàn)e、O元素，無其他雜質元素。

表2 不同位置的能譜檢驗結果(質量分數(shù)，%)

(a)裂紋內；(b)裂紋延長線；(c)裂紋周圍

2 原因分析

以上檢測結果表明：翹皮缺陷試樣截面可見大量裂紋，裂紋較深且周圍存在氧化圓點，翹皮缺陷組織存在脫碳及晶粒粗大現(xiàn)象。

鋼的脫碳組織形成原因較為復雜，一般需具備800 ℃以上溫度、氧化時間充分等條件[1-2]。鑄坯在加熱爐中的高溫條件下，碳原子向外擴散與加熱爐中的氧結合，生成CO或CO2氣體逸出，使表層碳含量降低，從而表現(xiàn)為脫碳現(xiàn)象。出現(xiàn)晶粒粗大的原因主要是鑄坯裂紋內部隨著溫度的升高，原子(特別是晶界原子)的移動、擴散能力不斷增強，晶粒之間并吞速度加劇，從而形成粗大的奧氏體[3-6]。

相關研究表明，氧化圓點可能在連鑄、加熱、軋制等階段形成，一般認為鑄坯在高溫下氧元素通過缺陷擴散氧化，從而形成氧化圓點[7-8]。由于缺陷處微觀組織出現(xiàn)脫碳及晶粒粗大現(xiàn)象，分析認為鋼坯在加熱爐中較長時間處于高溫狀態(tài)，氧原子沿著脫碳層向基體內部進行擴散，裂紋附近基體中的Si、Fe等易氧化元素與O結合，在鋼基體偏聚而形成球狀氧化圓點[7-8]。

根據(jù)氧化圓點、脫碳和晶粒粗大等局部組織的異常情況，確定缺陷產生原因為鑄坯表面存在裂紋，在加熱爐高溫條件下，氧原子深入裂紋內部，在裂紋內部或附近產生氧化圓點。由于裂紋處的受熱面積增大而局部溫度升高，裂紋處出現(xiàn)脫碳和晶粒粗大現(xiàn)象。隨著鋼板擴口、輥形、擴漲等工序的變形，缺陷部位裂紋擴展，輪輞表現(xiàn)為表面翹皮。

3 結論

1)380CL鋼輪輞表面翹皮產生原因為原料鋼板氧化鐵皮下存在微裂紋缺陷，在輪輞輥形等加工工序，皮下裂紋擴展，進而表面出現(xiàn)翹皮缺陷。

2)由于裂紋中存在氧化鐵、裂紋附近存在氧化圓點以及裂紋周圍組織局部存在明顯的晶粒粗大和脫碳現(xiàn)象，確定原材料缺陷產生于鑄坯進入加熱爐之前，即鑄坯表面存在裂紋。