試論低碳高硫易切削鋼冷拔縱裂紋分析和改進工藝措施

葛龍桂

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214429）

低碳高硫易切削鋼在冶煉過程中容易出現卷渣現象，在冷拔加工中，容易出現縱裂紋，因此，有必要對其冷拔縱裂紋成因進行分析，以提升低碳高硫易切削鋼生產質量。

1 低碳高硫易切削鋼冷拔縱裂紋現象

低碳高硫易切削鋼冷拔加工容易出現縱裂紋現象，比如以下兩個案例：

（1）某廠采用100t轉爐、165 mm×165 mm方坯連鑄機進行低碳高硫易切削鋼加工生產，經過緩冷后，軋制成材，然后檢驗入庫。采用的冷拔料是φ14 mm熱軋盤卷，拋丸后冷拔成材，得到φ12mm成品材。低碳高硫易切削鋼的主要化學成分為C 0.07%，Mn 1.24%，P0.06%，S0.39%。

（2）另一個案例是直接將φ10 mm低碳高硫易切削鋼盤條，在不經過熱處理情況下，一次冷拉成型。但是在拉拔到邊長8 mm左右的等邊六角棒時，出現了開裂現象，且沿縱向連續分布，裂紋最長達到1.54 m。這種現象在整個盤條的加工中不斷出現。通過對其進行顯微組織觀察發現，在高倍顯微鏡下，試樣橫斷面裂紋長為560μm，裂紋周圍出現許多大顆粒的雜質，最大程度達到70μm。裂紋出的金相組織和鋼材組織均為F+P，金相組織形態正常，鋼材組織晶粒度在7.5~8.0級之間，縱向雜質評級符合要求。但分布在鋼材表面的大顆粒雜質為異常現象，在正常生產過程中，不應出現這種大顆粒雜質。

2 低碳高硫易切削鋼冷拔縱裂紋成因分析

在上述兩個案例中，低碳高硫易切削鋼的冷拔加工過程均出現了縱裂紋現象。首先對案例1中的縱裂紋成因進行分析，通過觀察發現，在其裂紋附近未出現氧化脫碳的現象，經過能譜分析可確定，除保護渣成分外，裂紋周圍還存在Mn元素。這一現象是由于保護渣與錳的氧化物結合而產生的。同樣采用高倍鏡對裂紋內部進行觀察，也發現了大顆粒雜質，其主要元素為 Na、Si、Ca、AL、K、Fe、O 等。由此可以判斷出，案例1中冷拔縱裂紋的出現，主要與連鑄過程中的卷渣氧化影響有關，卷渣氧化會導致鋼坯內部出現缺陷，在軋制時，卷渣氧化引起的內部缺陷未能焊合，導致表面出現裂紋。另一方面，冷拔過程中大顆粒雜質的進入，會導致其冷拔過程出現不均勻變形，使裂紋擴展，最終出現表面縱裂紋。

在案例2中，通過對試樣橫向裂紋附近的大顆粒雜質進行電鏡掃描，然后進行能譜分析，可以確定雜質元素含量眾多，包括外來的Na、Mg和Zr元素等。其來源主要是冶煉環境的保護渣、耐火材料等。而這些大顆粒雜質則是引起鋼材縱裂紋的主要原因，在拉拔過程中，由于雜質難以變形，而基體持續變形，大顆粒雜質在受到集體擠壓后，會因在拉拔方向承受的拉應力斷裂而形成微小裂紋，如圖1所示。

圖1 僅表面雜物引發的裂縫

3 低碳高硫易切削鋼冷拔改進工藝措施

3.1 對表面夾渣問題進行嚴格控制

從上述分析可以看出，在低碳高硫易切削鋼的冷拔加工過程中，大顆粒雜質的進入，是導致縱裂紋出現的主要原因。大顆粒雜質是由于冶煉過程中操作人員對保護渣、耐火材料等檢測不及時，沒有及時發現其侵蝕現象，最終導致受侵蝕雜質進入到鋼液中，產生大顆粒雜質現象。針對這一問題，一方面應加強檢測，改進操作流程，避免雜質進入。另一方面，由于切削專用保護渣改變了鋼液表面的物理特性，使其液面張力得到增加，有利于促進鋼渣分離，可以利用這一特性，避免鑄坯表面出現夾渣等缺陷問題，進而避免拉拔縱裂紋的產生。

3.2 保證冷拔過程的穩定性

在低碳高硫易切削鋼的冷拔加工過程中，拉拔速度和澆鑄速度等，也會對其成型質量產生較大影響。目前在實際生產中，多采用熱冷工藝，比水量設計為0.83 L/kg。為防止在鑄坯時出現裂紋、漏鋼和卷渣等問題，需要保持整個操作過程的穩定性。可以將拉拔速度控制在1.5m/min左右，始終保持拉速均勻。同時，也要保持澆鑄速度在一個水平上，進而降低出現質量問題的幾率。在以往的生產過程中，由于缺乏對冷拔過程工藝技術質量的有效控制，導致操作速度不平穩，進而容易出現質量問題。

3.3 對工藝參數進行合理設計

根據實際生產情況，通過采取工藝改進措施，能將低碳高硫易切削鋼的冷拔縱裂紋比例降低20%左右，全面降低工藝技術存在的缺陷，確保產品生產質量能夠滿足客戶需求，從而提高產品生產效益。工藝優化前后的低碳高硫易切削鋼力學性能比較如表1所示。

表 1 工藝優化前后的低碳高硫易切削鋼力學性能比較

4 結 語

綜上所述，低碳高硫易切削鋼的冷拔縱裂紋問題是一種常見現象，通過對其形成原因進行分析，多個生產加工工藝流程都對其質量有影響。通過在這些影響環節中分別采取工藝改進措施，并對拉拔工程加以控制，提升拉拔操作的平穩性，合理設計各項參數，可以最大化的減少拉拔縱裂紋的出現，提高加工工藝水平。