60Si2Mn彈簧鋼加工開裂原因分析

中圖分類號：TF76 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0078-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.022

Analysis of Cracking Causes in 6oSi2Mn Spring Steel Processing

YANRuopu，CHEN Zhiyue （HBIS Group TangSteel Company，Tangshan ，China）

Abstract：The6OSi2Mnhot-rolledcoilpurchasedbyadomesticautomotive parts manufacturing planthas serious cracking problemsduringacidpickling，coldrolling，andcross cutting processesandcannotbeused.Acomprehensiveanalysisof the heating process，rollingproces，factorydecarburizationlayerdata，annealing process，ndpostannealingdecarburiation layerdata of6OSi2Mn springsteel shows thatusing fullhydrogenannealingonhot-rolledrawcoils （withoutacid washing） leads to severedecarburizationand abnormal growthofsurface feritegrainsonthesurfaceof the strip steel.Thesurface decarburizationlayerandabnormally grown feritegrains weakenthe intergranularbonding force，and whenthematerial bendsand deforms，cracks occur along the surface grainboundaries，ultimatelyresulting inquenchingfailureand processing cracking of the steel plate.

Keywords： spring steel; processing cracking; decarburized layer

隨著汽車行業的飛速發展，在保證車身強度的前提下，汽車輕量化逐漸成為眾多車企的關注點。目前，以高強汽車鋼材料替換普通材料是實現車身輕量化的最有效途徑，汽車制造企業更加青睞高強度的汽車鋼材料，彈簧鋼的需求量也呈現出增長的趨勢[1]。汽車彈簧用鋼包括 6 0 S i2 M n 、52CrMoV4、51CrV4等，由于 6 0 S i2 M n 的Si含量在 1 . 5 0 % ～ 2 . 0 0 % ，在后續的加工過程中易出現全脫碳層，過厚的全脫碳層則造成彈簧鋼加工性能和疲勞性能顯著下降[2]。國內某汽車配件制造廠采購的 6 0 S i2 M n 熱軋卷在后續加工過程中出現異常無法使用，針對此問題進行原因分析。

1試驗材料與方法

通過對現場進行調查并與客戶溝通發現，客戶采購的 6 0 S i2 M n 主要生產碟形彈簧鋼，其加工過程為大卷退火 大卷分條 酸洗 軋制 制件，加工開裂問題發生在退火后分條工序，開裂位置主要分布于分條卷邊部?，F場分別對厚度為 6 . 5 m m 、 1 0 m m 的開裂位置進行取樣，借助金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電解脫碳儀等對金相組織、脫碳層厚度進行分析。同時，對該批產品進行生產追溯并借助直讀光譜儀分析預留樣化學成分，全面分析其沖壓開裂的原因。

2分析結果展示與討論

2.1化學成分

針對現場取回樣品進行化學成分分析，60Si2Mn化學成分如表1所示?；瘜W成分分析結果顯示C、Si、Mn元素含量符合控制要求，P、S元素控制良好，滿足技術標準要求與客戶需求。

2.2 脫碳層檢測

2.2.1出廠樣品脫碳層追溯

針對該批次供客戶產品，隨機選取8卷進行脫碳層追溯，客戶要求脫碳層的單面不超過 2 . 5 % ，雙面不超過 4 . 5 % 。 6 0 S i2 M n 脫碳層檢測結果如表2、圖1所示。結果顯示，檢測脫碳層單面均小于 2 . 5 % ，滿足客戶實際需求。

2.2.2 現場樣品脫碳層檢測

與客戶溝通得知，客戶退火工藝為全階段氫退火，退火溫度約 。對現場取回樣品進行脫碳層檢測，檢測結果如圖2、圖3所示?？梢钥闯觯?6 . 5 m m 6 0 S i2 M n 經全氫退火后表層全脫碳約 ， 1 0 m m 6 0 S i2 M n 全氫退火表層全脫碳約 3 6 0 μ m 。從取樣分析情況看，經過全氫退火后，均發生不同嚴重程度的全脫碳及表層鐵素體晶粒異常張大問題[3]。 6 0 S i2 M n 屬于高硅彈簧鋼，Si含量為 1 . 7 5 % ，由于 6 0 S i2 M n 熱軋帶鋼表面氧化鐵皮較厚，在全氫罩式退火過程中的高溫環境下，表面氧化鐵皮會與氫氣發生化學反應，出現帶鋼表層嚴重全脫碳及組織異常張大問題。

氫氣與氧化鐵皮發生還原反應為

（2）

水與碳發生脫碳反應為

2.2.3切換退火工藝并進行脫碳層分析

根據全氫退火后情況與客戶進行溝通，由客戶切換退火廠家并隨機選取 各一卷更換退火氣體介質為氮氣采用全氮氣退火，對退火后 6 0 S i2 M n 產品進行取樣并進行脫碳層檢測，檢測結果如圖4、圖5所示。由圖4和圖5可以看出經過全氮氣退火后，表面無明顯脫碳問題。跟蹤全氮退火卷后期加工過程，不再出現開裂問題，滿足客戶使用要求。

3結論

未經酸洗的60Si2Mn熱軋原卷在全氫罩式退火過程中的高溫環境下，表面氧化鐵皮會與氫氣發生化學反應，造成帶鋼表層嚴重全脫碳并出現組織異常張大問題，弱化了晶間結合力，在材料彎曲變形時，會沿著表面晶界發生開裂，這些問題是造成其下游用戶加工開裂的最主要原因。在不調整客戶工藝順序的前提下，可通過切換退火氣體介質由氫氣變氮氣的方式對鋼卷進行退火，從而保證后續加工性能。

參考文獻

1高陽，藍慶生，孟輝，等.汽車彈簧材料及熱處理技術淺析[J].金屬加工（熱加工），2023（3）：88-91.

2 于學森，沈奎，江卓俊，等.彈簧鋼60Si2MnA表面脫碳規律研究[J].熱加工工藝，2017（24）：

224-227.

3 劉運娜，劉獻達.60Si2Mn彈簧鋼脫碳行為研究[J].金屬熱處理，2019（增刊1）：115-118.