冷鐓鋼開裂成因分析及質量改進

胡志軼

摘 要：在冷鐓鋼的生產實踐過程中，通過分析總結冷鐓鋼開裂的原因，提出了相應的改進措施，提高了冷鐓鋼的產品質量，滿足下游客戶生產需求。

關鍵詞：冷鐓鋼;開裂;組織;表面缺陷

1 緒論

冷鐓鋼是廣泛用于制造螺栓、螺母、螺釘、鉚釘等各類標準件用鋼，它主要是利用金屬的塑性，采用冷鐓加工成型。由于冷鐓鋼在加工過程中形變量大且速度快，所以對鋼材的加工性能和機械性能均有嚴格要求。通過對生產工藝的不斷改進，提高冷鐓鋼的產品質量，滿足客戶需求。

2 冷鐓鋼使用中存在的質量問題

通過市場調查發現，冷鐓鋼在使用過程中出現的主要問題是存在冷鐓開裂的現象。

3 造成冷鐓鋼開裂的主要因素

（1） 化學成分。①碳元素。冷鐓鋼中碳含量的高低對其韌性有很大影響，碳含量超標會導致冷鐓鋼在加工過程中出現鐓頭開裂，造成鐓頭開裂的另一重要因素是鋼中存在球化不完全的碳化物相。生產過程中要嚴格將冷鐓鋼的含碳量按照標準的中下限來加以控制。②鋁元素。鋁在高溫下易氧化形成有害雜質，降低鋼材的機械性能。但同時鋁元素也具有細化晶粒、改善鋼材韌性的作用，可以提高冷鐓鋼快速鐓頭以及降低搓絲過程中應變時效等綜合性能。因此，應對其加以適量控制。③硫、磷元素。硫和磷為鋼中有害元素，其會對鋼造成熱脆和冷脆現象，所以必須控制在標準范圍內，盡可能降低更好。④硅、錳元素。硅常被用作脫氧劑加入鋼中，少量的硅能夠提高鋼的強度，但含量較多時則對鋼的塑形和韌性產生不利影響。錳能脫氧并減弱硫的有害作用，從而改善材料的熱加工性能。錳同時會提高鋼材的強度、硬度和淬透性，增強加工硬化，從而降低材料的塑性。⑤氮、氫、氧元素。氮：隨著鋼中氮含量的增加，鋼材的強度、硬度和脆性升高，但塑形和韌性顯著降低，焊接性能變差。氫：氫是鋼中產生白點的根本原因，這些存在于鋼中的白點（小裂紋）會使鋼材出現氫脆現象。氧：氧在鋼中主要以氧化物的形式存在，隨著鋼中非鐵氧化物的增多，鋼材的塑形和韌性明顯下降。此外，鋼水脫氧不良還會造成連鑄坯出現皮下氣泡和表面氣孔等質量缺陷，對鋼材質量造成嚴重影響。⑥合金元素。合金元素可以改善鋼的強度和韌性，從而影響鋼材的工藝性能，應根據鋼種的不同加工用途來確定合金元素的加入量。

（2）夾雜物。鋼中的夾雜物主要為非金屬夾雜物，此類夾雜物的存在對鋼材造成極大地危害，不僅大大降低鋼材的強度和韌性，使鋼材極易產生腐蝕和疲勞破壞，還會影響鋼材組織結構的完整性，在各種負荷的作用下造成應力集中，成為鋼材裂紋的源點。因此，應通過各種措施去除鋼中的非金屬夾雜物，對于殘余的夾雜物應盡量使其能夠分布均勻。

（3）晶粒度。晶粒的粗細決定鋼材的性能。晶粒過粗，會加速鋼材的加工硬化，使脆性增加，隨著加工程度的深入會出現開裂甚至裂斷。細晶粒鋼材則具有較高的塑形和韌性，能夠實現較大的延伸率和斷面收縮率，不利于裂紋的發展，故細晶粒鋼的綜合機械性能較好，但具有較高的變形抗力。根據生產實踐，將冷鐓鋼晶粒度控制為8—10級，可滿足生產需求。

（4）金相組織。冷鐓鋼成品組織應為鐵素體+粒狀珠光體，主要是由于球、粒狀珠光體的塑形較好，不易造成冷鐓開裂，而片狀珠光體塑形較差，冷鐓開裂的機率會成倍增加。另外，冷鐓鋼表面如有帶狀組織分布，在冷鐓過程中會出現表里變形不均勻，應力集中于表面，加之帶狀組織具有塑性低、脆性高的特點，也易發生冷鐓開裂。因此在冶煉和軋制過程中應加強控制防止帶狀組織的形成。

（5）表面質量缺陷。裂紋、折疊和劃傷是影響冷鐓鋼性能的主要表面缺陷。冷鐓鋼若存在此類表面缺陷，在加工時會引起應力集中，極易出現冷頂鍛開裂現象，因此線材表面應光滑，不得出現影響使用的有害缺陷。

4 提高冷鐓鋼質量的措施

提高冷鐓鋼質量的措施主要有以下幾方面：

（1）提高鋼水冶煉過程的控制能力，加強對終點碳的控制，減少各爐之間化學成分的差值。提高含鋁冷鐓鋼中酸溶鋁的含量。

（2）鋼中的硫、磷、氧、氫等有害元素可通過鐵水預處理和爐外精煉有效去除，同時可以將氮、鋁的含量控制在適宜的范圍。

（3）采用LF爐外精煉和全程保護澆注，降低氧氮含量及夾雜物的形成。

（4）加強鋼坯驗收和裝爐前的質量檢查，防止有表面質量問題的鋼坯入爐，進入下一道工序。

（5）嚴格控制在爐溫度和加熱時間，防止鋼坯在爐溫度過高或時間過長引起奧氏體晶粒粗大，影響成品晶粒度，同時優化控冷工藝，確保獲得粒狀珠光體組織。

（6）加強導衛以及軋輥安裝管理，防止導衛擦傷軋件表面、防止錯輥導致紅鋼出立式機架后發生扭轉現象，減少因成品單邊引起變形不均現象。

（7）針對盤條表面出現劃痕現象，加強軋件出成品機架后的控制，在檢查風冷線是否有毛刺等劃傷表面，同時嚴格要求運行方式，避免在運輸過程中出現劃痕。

5 結語

如何解決冷鐓鋼在加工使用過程中出現鐓頭開裂是大多數國內鋼鐵企業在開發生產冷鐓鋼過程中需要分析研究的主要課題。要提高冷鐓鋼合格率關鍵是加強過程控制，包括冶煉質量的提高，軋制工藝參數的設定，控冷程序的制定等。所以只有通過嚴格加強工序過程控制，最終才能提高冷鐓鋼的綜合使用性能。

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