55SiCrA線材起皮缺陷成因分析及改進

劉天強

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

彈簧鋼的表面質(zhì)量對彈簧鋼質(zhì)量而言是一個極其重要的指標(biāo)，彈簧的表面工作應(yīng)力大，表面起皮缺陷會導(dǎo)致用戶后續(xù)使用過程中出現(xiàn)斷簧或嚴(yán)重影響彈簧的疲勞壽命。前期浙江某制動簧用戶反饋我司材料55SiCrA個別盤條制簧后發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重起皮缺陷（見圖1）。通過對彈簧鋼起皮缺陷的金相分析和電子探針分析，判斷起皮缺陷的產(chǎn)生和鋼坯局部增碳有關(guān)，局部碳高局域在軋制過程中因變形和冷速與周邊基體不一致，易在軋制過程形成裂紋折疊缺陷，經(jīng)用戶加工制簧后表現(xiàn)為起皮缺陷。分析局部增碳來源于連鑄過程保護渣富碳層卷入，通過加嚴(yán)結(jié)晶器液面波動控制和嚴(yán)禁撈渣條操作，使得局部增碳導(dǎo)致的表面缺陷得到有效控制[1]。

圖1 55SiCrA盤條制簧后的起皮缺陷

1 材料加工工藝及樣品分析

1.1 主要加工工藝

電 爐（ 粗 煉 ）--LF爐（ 精 煉 ）--VD（真空 脫 氣 ）--連鑄（150*150）--坯料精整（剝皮、磁粉探傷）--加熱（混合煤氣、步進梁）--高線軋制（15mm）--噴丸—拉拔—感應(yīng)熱處理—卷簧—回火。

1.2 樣品分析

（1）對起皮試樣取橫截面樣品進行金相觀察，取樣位置見圖1虛線處，金相照片見圖2、圖3。

圖2 腐蝕后50X

圖3 腐蝕后500X

金相照片圖2顯示，起皮處及附近皮下存在局部白色異常組織，無脫碳現(xiàn)象；對圖2中標(biāo)注（紅圈）位置500倍下金相觀察，顯示白色異常區(qū)域組織為馬氏體（見圖3），周邊正常區(qū)域組織為回火屈氏體。

（2）對異常區(qū)域附近進行電子探針。

圖4 電子探針100X面掃描區(qū)域

圖5 C含量面分布

圖6 Cr含量面分布

圖7 電子探針100X線掃描區(qū)域

圖8 C含量線分布

經(jīng)對異常區(qū)域附近進行電子探針面掃描和線掃描定量分析，從圖4可以看出，金相下白色異常區(qū)域在電子探針觀察為發(fā)黑區(qū)域，面掃描結(jié)果圖5、圖6顯示異常區(qū)域內(nèi)C、Cr明顯高于周邊正常區(qū)域；對異常區(qū)域及附近進行C含量線掃描定量分析（見圖7），結(jié)果顯示：異常區(qū)域碳含量約在0.80～1.20之間，正常區(qū)域碳含量約在0.40～0.60之間（見圖8），異常區(qū)域C含量為基體的2倍[2]。

綜上所述通過對樣品金相分析和電子探針分析判斷：①材料起皮的原因為坯料存在局部增碳現(xiàn)象。②鋼坯中局部C高區(qū)域在鋼水凝固過程中因生成碳鉻化合物，會伴生Cr高現(xiàn)象。③局部碳高局域在軋制過程中因變形和冷速與周邊基體不一致，易在軋制過程形成裂紋折疊缺陷，經(jīng)用戶加工制簧后表現(xiàn)為起皮缺陷。

2 鋼水中局部增碳成因探討及改進

（1）保護渣利用碳作為阻隔層和骨架調(diào)節(jié)熔化速度得到滿意的渣層結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)其各項功能。碳是高溫下易溶于鋼液的元素，但在熔渣層中的溶解渡卻很小，僅與熔渣的堿度和溫度有關(guān)，保護渣中碳粒在熔渣形成過程中會在熔渣層與燒結(jié)層的界面上，形成一層0.3mm～3mm厚的富碳層（如圖9），其碳含量最高可達保護渣原始碳含量的6倍左右，而且該富碳層具有非燒結(jié)特性，很容易與鋼水混合。一般情況下，如果保護渣熔化速度控制合適，在結(jié)晶器液面上會形成合理的三層結(jié)構(gòu)，當(dāng)鋼液面波動小，鋼渣界面較平靜時，熔渣中的碳消耗殆盡，不會造成鋼水顯著增碳，而在鋼水液面波動嚴(yán)重時，由于富碳層的存在，使鋼水有增碳現(xiàn)象。保護渣富碳層的存在是連鑄過程中鋼水增碳的主要原因[3]。

圖9 保護渣各層碳含量

（2）針對該材料出現(xiàn)的問題，對冶煉連鑄工藝進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該材料爐號為連鑄澆次的首爐。該爐次液面波動較后面連澆爐次明顯要大，個別流次的波動值達到±7mm，判斷瞬時液面波動過大是這次局部增碳的主要原因。為了杜絕該類缺陷再次發(fā)生，對液面控制要求進行了加嚴(yán)，由原來的≤±10mm調(diào)整為≤±5mm；同時要求采取恒拉速操作，對異常工藝坯料拆號管理。通過上述措施的采用，跟蹤用戶近一年半時間的質(zhì)量情況反饋，未再出現(xiàn)因局部增碳產(chǎn)生的質(zhì)量投訴，說明該類缺陷已得到有效控制。

3 結(jié)論

（1）鋼坯局部增碳，軋制過程中因變形和冷速與周邊基體不一致，易在軋制過程形成裂紋折疊缺陷，經(jīng)用戶加工制簧后表現(xiàn)為起皮缺陷。

（2）鋼水液面波動嚴(yán)重時，保護渣富碳層的存在是連鑄過程中鋼水增碳的主要原因。

（3）通過控制結(jié)晶液面波動及采取恒拉速操作能有效控制局部增碳。