CrMnN奥氏体不锈钢冲压开裂的原因分析

王宏霞 刘 刚 吴月龙 李 铁

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东 271100)

我公司生产的TS21 属于CrMnN 奥氏体不锈钢，其具有优异的冲压成形性，但近期少量冷轧板出现了冲压开裂现象。对冲压开裂件进行了检测分析，从而找出导致开裂的原因。

1 试验方法

对送检的冲压开裂试样进行宏观检测;采用SPECTROLAB M10 型光电直读光谱仪进行化学成分分析;用GX51 金相显微镜进行金相检测;利用XL-30 扫描电子显微镜观察断口微观形态特征，并进行微区成分分析。

2 试验结果

2.1 宏观检测结果

对送检试样进行宏观分析，发现送检的1、2号冲压试样均是沿钢板轧制方向开裂(图1)，经测量钢板厚度约1.0 mm，开裂裂口深度在5 mm～7 mm。

2.2 化学成分分析结果

对试样进行光谱成分分析，检测结果见表1。由表1 可知试样的化学成分均在要求的范围内，成分合格。

图1 送检试样宏观形貌Figure 1 Macro appearance of testing specimen

表1 试样化学成分分析结果(质量分数，%)Table 1 Analyzed results of specimen chemical composition(mass fraction，%)

2.3 金相分析结果

截取两个试样进行夹杂物检测，检测结果见表2，试样中夹杂物较多(图2)。试样经苦味酸盐酸溶液腐蚀后得到组织为奥氏体(图3)，晶粒度均为6.0 级。

表2 夹杂物、晶粒度检测结果Table 2 Testing results of inclusions and grain size

图2 试样中的典型夹杂物Figure 2 Typical inclusions of specimen

图3 试样金相组织Figure 3 Metallographic structure of specimen

2.4 冲压断口扫描电镜能谱分析结果

在开裂部位取断口试样进行扫描电镜能谱分析。分析结果为断口特征为韧窝，有明显的分层现象(图4)，在分层处有大量的非金属夹杂物(图5)，能谱分析得出夹杂物主要为Na、O、Mg、Cl、K、Ca 等元素，具体分析结果见表3。

另外，还在开裂部位断口上发现了大量的短条状非金属夹杂物(图6)，能谱定性分析为硫化物，具体分析结果见表4。

3 结论

图4 开裂部位断口微观形貌Figure 4 Micro appearance of cracking section fracture

表3 断口夹杂物能谱分析结果Table 3 Energy spectrum analysis results of fracture inclusions

图5 断口上的夹杂物能谱分析Figure 5 Energy spectrum analysis of fracture inclusions

图6 硫化物能谱分析图片Figure 6 Analysis picture of sulfid energy spectrum

表4 硫化物能谱分析结果Table 4 Analysis results of sulfid energy spectrum

通过对冲压开裂试样进行检测分析，开裂主要是沿钢带轧制方向，裂纹深度在(5～7)mm;与内控成分相比较，试样的Ni 含量较高，而Cu 含量较低，其他元素均在内控成分要求范围内;试样中夹杂物较多，主要是A、C 类夹杂物;扫描电镜能谱分析断口上有较多的非金属夹杂物，经能谱定性分析主要是渣子成分和硫化物。

试样中如果非金属夹杂物较多，在钢板冲压变形时，夹杂物与基体金属交界面产生应力集中，在周围逐渐形成显微孔洞，孔洞随变形过程不断聚集，形成大的裂纹，最终导致材料破断。夹杂物越长，冲压变形时开裂的可能性就越大。通过检测分析可知，发生冲压开裂的钢带中存在大量的夹渣和硫化物，这些非金属夹杂物是导致冲压开裂的主要原因。