冷鐓鋼質量問題分析及控制策略

楊成鑫

（廈門海洋職業技術學院，福建 廈門 361102）

由于冷鐓鋼具有很好的可塑性，要求在受力后可以產生較大的變形量，且承載后變形速度要快，所以要求冷鐓鋼應具有很高的壓力加工性能和力學性能。對于要求更高的此類零配件一般都是采用進口材料，國產冷鐓鋼則由于產品質量不足或不穩定，經常在加工或使用過程中發生表面開裂。本文通過研究冷鐓鋼在加工或使用過程中常見的開裂原因，并針對性的給出改進的意見，希望可以促進質量的改進。

1 冷鐓鋼的質量問題分析

1.1 化學成分

1.1.1 碳含量

冷鐓鋼的碳含量對其韌性有很大影響，如果碳含量超過標準，則在加工過程中容易破裂，因為碳含量過高則形成的片狀珠光體越多，片狀珠光體對鋼的塑、韌性具有不利的影響。所以，在生產過程中，應根據標準要求嚴格控制冷鐓鋼的碳含量。

1.1.2 其它元素

硫和磷是鋼中的有害元素，分別導致鋼的冷、熱脆性。隨著鋼中氮含量的增加，鋼的強度，硬度和脆性增加，但成形性和韌性顯著降低，可焊性劣化。另外，氫是鋼中白點的根本原因，鋼中的這些白點（小裂縫）引起氫脆化；氧在鋼中主要以氧化物的形式存在，隨著金屬氧化物含量的增加，鋼的塑性和韌性顯著下降，此外，如果鋼水的脫氧性差會導致連鑄坯中的皮下氣泡和表面孔隙增多，嚴重影響鋼的質量[1]。

硅通常作為脫氧劑添加到鋼中，少量的硅會增加鋼的強度，但是大量的硅會對鋼的形狀和韌性產生不利影響。錳可以減少硫的有害影響，提高材料的熱加工性能。同時，錳將提高鋼的強度，硬度和淬透性，增強加工硬化，從而降低材料的可塑性。鋁在高溫下容易氧化，形成有害雜質，降低鋼的機械性能；同時，鋁可以阻礙晶粒長大，提高韌性，改善冷鐓鋼的整體性能，并減少扭轉過程中的應變老化，因此，應適度控制。

最后，其它大部分合金元素會增加鋼的強度和韌性，從而影響鋼的加工性能，因而，這些合金元素的量應取決于鋼的不同加工用途。

1.2 夾雜物

鋼中主要有害夾雜物是非金屬夾雜物，它們的存在不僅大大降低了鋼的強度和韌性，而且容易引起腐蝕和疲勞破壞，并影響鋼的微觀結構。因此，應采取各種措施去除鋼中的非金屬夾雜物，使殘余的夾雜物盡可能分布均勻[2]。

1.3 晶粒大小

鋼的晶粒越細，其變形越均勻，斷裂前具有很大的斷后伸長率和斷面縮收率，還可吸收更多的能量，提高鋼的韌性。并且，晶粒越細晶界面積越大，晶界可以阻礙裂紋的擴展。因此，鋼的晶粒越細，其綜合力學性能越好，對壓力加工越有利。對于已形成粗晶粒的冷鐓鋼來說，可以通過正火或調質來細化晶粒。

1.4 組織組成

冷鐓鋼的鑄態組織為鐵素體和片狀珠光體，而片狀珠光體會增加冷劈裂傾向，對冷鐓鋼成型性和壓力加工性明顯不利，因此，一般要通過調質或正火將片狀珠光體轉化成顆粒狀或細片狀，這樣不但對壓力加工有利，也有利于鋼的綜合力學性能。另外，冷鐓鋼在鑄造和熱軋后容易形成帶狀組織，而帶狀組織會降低垂直于軋制方向的伸長率、斷面收縮率以及沖擊韌性，因此，需要通過一定的方法來消除或減輕，如擴散退火、電渣重熔、快速結晶、增大鍛造比等方法。

1.5 表面質量缺陷

裂紋、皺紋和劃痕是冷鐓鋼的主要表面缺陷，如果冷鐓鋼中存在表面缺陷，則在加工過程中容易引起應力集中，并且促成冷鍛裂紋的形成和擴展。因此，要求冷鐓鋼表面應光滑，這就需要進一步要求冷鐓鋼在鑄造和軋制過程中要嚴格控制生產工藝[3]。此外，表層脫碳也可視為一種表面質量缺陷，其容易造成表層強度降低、疲勞破壞加快，所以在軋制過程中應制定可靠的預防措施來減小脫碳厚度。

2 冷鐓鋼的質量控制策略

2.1 冶煉階段

提高冷鐓鋼冶金質量的主要措施有以下幾個方面。

（1）煉鋼過程中，必須控制化學成分的均勻性和穩定性，減少爐膛之間的化學成分差異，可以利用LF爐的成分精調技術，精確控制每次澆筑的各種化學成分含量，通過對連鑄技術標準的控制，保證鋼坯成分的均勻性，并且有效縮小偏析成分。

（2）對于新爐、補爐和新包煉爐都禁止馬上用來熔煉冷鐓鋼，這樣容易產生爐渣，影響冷鐓鋼的冶金質量；通過潔凈化處理和澆注保護來控制夾雜物數量和夾雜物顆粒大小；通過精煉或外部熱處理，可以有效地除去鋼中的硫、磷、氧和氫等有害元素，并且可以將氮和鋁的含量控制在適當的范圍內。另外，通過對原輔材料的嚴格管理，LF爐精煉和VD優化操作，也可以有效控制氫、氧、氮的含量和夾雜物的形成。

（3）嚴格控制爐溫和加熱時間，防止坯料在爐內過高或過長，導致奧氏體粗大，影響成品晶粒度，優化冷軋控制工藝，保證顆粒狀珠光體組織的絕對數量。另外，可以采用M-EMS控制技術，以及先進的冷卻技術，來改善鑄坯的疏松、偏析、裂紋、晶粒度細化等組織問題，從而提高等軸晶比率，最高可達72%。

2.2 連鑄階段

必須在連續鑄造中控制鋼渣和內、外部缺陷。例如，正確控制吹渣過程和轉爐下渣量，采用復合脫氧技術，使鋼中的氧含量降低；采用堿性中包覆蓋劑，既可有效降低鋼水的二次氧化，又可去除鋼中夾雜物[4]；另外，在生產中，采用全保護鑄造，確保長噴嘴的Ar密封和浸入式噴嘴的良好密封，使浸入式噴嘴嚴格集中在鑄模中，可以有效防止二次氧化。

此外，在連續鑄造時，需要減輕枝晶偏析程度，它是由合金的冷卻速度及偏析元素的擴散能力等因素決定的，可以通過加快冷卻速度，采用變質處理來細化晶粒以縮小晶內偏析的范圍；另外，也可以選擇一些適當的添加劑來改變合金結晶性質，降低偏析程度。

2.3 軋制準備階段

軋制前，溝槽表面應嚴格檢查和清洗，以保證冷鐓鋼表面質量，并且加強鋼坯檢查和爐前質量檢查，防止表面質量問題的鋼坯進入下一道工序，最后還要選擇合適的軋輥和變形均勻的軋制系統，保證冷鐓鋼表面質量，減少裂紋的產生。

2.4 軋鋼階段

軋鋼時，要求加熱溫度需均勻，截面溫差小于30℃，以防止板坯過熱，并有效控制脫碳層厚度；選擇合適的加熱溫度（大約940±20℃）、保溫時間和爐內氣氛，防止溫度過高、時間過長而形成粗晶粒降低機械性能，減少表面燒損和脫碳；選擇合適的冷卻速度即軋制完成后冷鐓鋼保持一定傳送速度（可看作流動空氣中冷卻），這樣有利于獲取細片狀珠光體，減少殘余應力；控制鋼的冷卻參數，以確保將溫度精確控制在±10℃范圍內，從而使產品具有良好的微觀結構和機械性能；使用延遲冷卻，使奧氏體充分進行分解轉變，以便得到合適的鐵素體和珠光體晶粒，提高冷鐓鋼的強度，降低鋼內殘余應力，保持塑、韌性最佳狀態。另外，減少壓力加工次數，以獲得組織均勻的細晶粒冷鐓鋼，使其具有良好的綜合力學性能。

3 結束語

我國冷鐓鋼在多年的生產制造過程中取得了一定的成果，但相對于歐美、日本這些國家來說，還有一定的差距，所以在以后的研究和應用中還有很多工作要做，本文簡要提出幾點建議。

（1）根據冷鐓鋼的使用特點和質量要求，制定對應的冶煉工藝和軋制規程，并嚴格控制各種質量和技術標準。

（2）借鑒國內外先進的生產經驗，修正不足或錯誤的生產方式方法，并通過后期的研發與實踐，優化各項生產工藝及其他生產要素，提升冷鐓鋼的性能和使用壽命。

（3）與其他先進企業、研究單位或機構合作，攻堅各種質量和技術難題，研發新型工藝、設備、材料和標準，以生產更高品質的冷鐓鋼。