改善焊瓶鋼HP295 沖壓性能的生產實踐

王世海

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心，山西 太原030003）

焊接氣瓶在生產過程中，需要經過冷沖壓變形，某用戶在使用太鋼焊瓶鋼HP295 過程中，出現了廢品率偏高問題，廢品率達到4.3%，主要表現為沖壓開裂。從夾雜物水平和力學性能入手分析沖壓開裂原因，通過針對性地調整成分和生產工藝，使夾雜物水平和屈強比降低，材料的加工性能改善，大幅降低了沖壓開裂率。

1 開裂材料測試分析

1.1 夾雜物分析

夾雜物是影響材料沖壓性能的關鍵因素，在光學顯微鏡下可以看出，在裂口附近沿軋制方向有大量長度20～40 μm 的A 類夾雜物（見圖1-1），其他夾雜物級別均小于0.5，在電子顯微鏡下觀察（見圖1-2）和能譜分析（見圖1-3），確定夾雜物為MnS。

圖1 開裂試樣的夾雜物分析

使用化學法對開裂試樣進行了化學成分分析（見表1），結果顯示化學元素w（S）達到0.011%，接近內控值0.012%的上限，容易導致A 類夾雜物產生。

表1 開裂試樣化學成分

1.2 力學性能分析

對開裂試樣進行了力學性能檢測（見表2），各項指標雖然符合國標要求，但屈強比偏高，延伸率也不理想，不利于材料的沖壓性能[1]，有進一步改善的空間。分析降低材料屈強比途徑，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元素和自由氮的質量分數；SP%為珠光體面積的百分比；d為鐵素體的晶粒尺寸，mm。

表2 力學性能對比

根據Pickering 公式可知，屈服強度和抗拉強度均與鐵素體晶粒尺寸成反比，但屈服強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，屈強比會降低[2]。因此，可以調整生產工藝，適當增加鐵素體晶粒尺寸，降低屈強比。

2 改進措施

2.1 提高鋼質純凈度

為了使材料具有良好的沖壓加工性能，必須提高鋼質的純凈度，控制鋼中夾雜物的尺寸和數量[3]。針對性地調整了化學成分w（S）的冶煉控制上限值，由0.012%調整為0.007%，達到減少A 類夾雜物的目的。

2.2 優化層流冷卻模式

太鋼生產HP 295 采用全長層流冷卻，為了減少層流冷卻水量，卷取溫度由650 ℃提高至680 ℃。通過減少層流冷卻開始階段的水量，一方面減小了先共析鐵素體析出階段的冷速，過冷度減小，使鐵素體形核率下降；另一方面推遲了共析轉變的開始時間，使先析出的鐵素體有更多長大機會。以上兩個因素均能使鐵素體晶粒尺寸增大。

3 改進效果

3.1 力學性能

對新工藝生產的鋼卷進行了力學性能檢測（見表2），與沖裂的試樣相比，新工藝的屈強比和屈服強度降低，延伸率提升，有利于改善材料的沖壓性能。

3.2 金相組織

通過對比新工藝和開裂試樣的500 倍金相組織，新工藝試樣的鐵素體尺寸（見圖2-2）明顯大于開裂試樣（見圖2-1），新工藝的夾雜物水平也有改善明顯（見圖2-3）。

圖2 金相組織對比

4 結論

1）提高鋼質的純凈度，降低化學元素S 的含量，是降低焊瓶鋼HP 295 中A 類夾雜物等級的有效手段。

2）通過適當提高卷取溫度，減少層流冷卻開始階段的水量，可以增加鐵素體晶粒尺寸，從而降低屈強比。

3）經過優化化學成分和生產工藝，用戶使用新工藝的產品后，沖壓廢品率由4.3%降低到1%以下，滿足了用戶的需求。