55SiCrA线材起皮缺陷成因分析及改进

2021-01-05刘天强

中国金属通报 2020年12期

刘天强

（南京钢铁股份有限公司，江苏南京 210035）

弹簧钢的表面质量对弹簧钢质量而言是一个极其重要的指标，弹簧的表面工作应力大，表面起皮缺陷会导致用户后续使用过程中出现断簧或严重影响弹簧的疲劳寿命。前期浙江某制动簧用户反馈我司材料55SiCrA个别盘条制簧后发现严重起皮缺陷（见图1）。通过对弹簧钢起皮缺陷的金相分析和电子探针分析，判断起皮缺陷的产生和钢坯局部增碳有关，局部碳高局域在轧制过程中因变形和冷速与周边基体不一致，易在轧制过程形成裂纹折叠缺陷，经用户加工制簧后表现为起皮缺陷。分析局部增碳来源于连铸过程保护渣富碳层卷入，通过加严结晶器液面波动控制和严禁捞渣条操作，使得局部增碳导致的表面缺陷得到有效控制[1]。

图1 55SiCrA盘条制簧后的起皮缺陷

1 材料加工工艺及样品分析

1.1 主要加工工艺

电炉（粗炼）--LF炉（精炼）--VD（真空脱气）--连铸（150*150）--坯料精整（剥皮、磁粉探伤）--加热（混合煤气、步进梁）--高线轧制（15mm）--喷丸—拉拔—感应热处理—卷簧—回火。

1.2 样品分析

（1）对起皮试样取横截面样品进行金相观察，取样位置见图1虚线处，金相照片见图2、图3。

图2 腐蚀后50X

图3 腐蚀后500X

金相照片图2显示，起皮处及附近皮下存在局部白色异常组织，无脱碳现象；对图2中标注（红圈）位置500倍下金相观察，显示白色异常区域组织为马氏体（见图3），周边正常区域组织为回火屈氏体。

（2）对异常区域附近进行电子探针。

图4 电子探针100X面扫描区域

图5 C含量面分布

图6 Cr含量面分布

图7 电子探针100X线扫描区域

图8 C含量线分布

经对异常区域附近进行电子探针面扫描和线扫描定量分析，从图4可以看出，金相下白色异常区域在电子探针观察为发黑区域，面扫描结果图5、图6显示异常区域内C、Cr明显高于周边正常区域；对异常区域及附近进行C含量线扫描定量分析（见图7），结果显示：异常区域碳含量约在0.80～1.20之间，正常区域碳含量约在0.40～0.60之间（见图8），异常区域C含量为基体的2倍[2]。

综上所述通过对样品金相分析和电子探针分析判断：①材料起皮的原因为坯料存在局部增碳现象。②钢坯中局部C高区域在钢水凝固过程中因生成碳铬化合物，会伴生Cr高现象。③局部碳高局域在轧制过程中因变形和冷速与周边基体不一致，易在轧制过程形成裂纹折叠缺陷，经用户加工制簧后表现为起皮缺陷。

2 钢水中局部增碳成因探讨及改进

（1）保护渣利用碳作为阻隔层和骨架调节熔化速度得到满意的渣层结构，从而实现其各项功能。碳是高温下易溶于钢液的元素，但在熔渣层中的溶解渡却很小，仅与熔渣的碱度和温度有关，保护渣中碳粒在熔渣形成过程中会在熔渣层与烧结层的界面上，形成一层0.3mm～3mm厚的富碳层（如图9），其碳含量最高可达保护渣原始碳含量的6倍左右，而且该富碳层具有非烧结特性，很容易与钢水混合。一般情况下，如果保护渣熔化速度控制合适，在结晶器液面上会形成合理的三层结构，当钢液面波动小，钢渣界面较平静时，熔渣中的碳消耗殆尽，不会造成钢水显著增碳，而在钢水液面波动严重时，由于富碳层的存在，使钢水有增碳现象。保护渣富碳层的存在是连铸过程中钢水增碳的主要原因[3]。

图9 保护渣各层碳含量

（2）针对该材料出现的问题，对冶炼连铸工艺进行了调查，发现该材料炉号为连铸浇次的首炉。该炉次液面波动较后面连浇炉次明显要大，个别流次的波动值达到±7mm，判断瞬时液面波动过大是这次局部增碳的主要原因。为了杜绝该类缺陷再次发生，对液面控制要求进行了加严，由原来的≤±10mm调整为≤±5mm；同时要求采取恒拉速操作，对异常工艺坯料拆号管理。通过上述措施的采用，跟踪用户近一年半时间的质量情况反馈，未再出现因局部增碳产生的质量投诉，说明该类缺陷已得到有效控制。