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根據對冷鐓鋼的質量檢測,發現影響冷鐓鋼質量的因素主要有以下四個方面:鋼的化學成分、表面裂紋、鋼的晶粒度和軋制工藝參數。
1 化學成分的影響
鋼中硫、磷、氫、氧等雜質元素會不同程度地影響冷鐓鋼的力學性能,降低冷鐓性能。因此,在冷鐓鋼的冶煉過程中應盡可能去除雜質。鋼中氮、鋁也會對鋼質產生不良影響,但當兩者量合適時,會產生AlN難熔質點,阻礙晶粒長大,生成細晶粒鋼,從而提高冷鐓鋼的綜合性能。因此,應對其加以適量控制。非金屬夾雜直接影響鋼質,使鋼的塑性、韌性、疲勞強度、抗腐蝕能力大大降低,特別是這些非金屬夾雜物破壞了鋼的基體連續性,在靜荷載和動荷載的作用下,往往成為冷鐓鋼裂紋的起點。因此,應盡量降低鋼中非金屬夾雜物,同時,對其進行變性處理(如鈣化等),來減少其在鋼中的危害。
2 表面裂紋的影響
2.2.1 表面裂紋影響冷鐓鋼性能的機理如果冷鐓鋼存在表面裂紋,冷頂鍛加工時,由于裂紋的存在引起應力集中,同時產生復雜的應力狀態,導致裂紋擴張,最終冷頂鍛開裂。國內生產的冷鐓鋼在實際使用中,經常發現此種現象,嚴重影響產品質量。
2.2.2 表面裂紋產生的原因產生表面裂紋主要原因有兩個,一為鋼坯質量不合格。鋼坯質量導致的表面裂紋主要是鋼錠皮下氣泡或皮下夾雜在軋制中暴露于鋼坯或鋼材表面。鋼坯有發紋和裂縫時,經再軋制加工也能形成表面裂紋。鋼坯表面舌狀結疤過深時,在軋制中可能演變成"Y"字形的裂縫。鋼坯火焰清理溝痕過陡或加熱溫度不均、鋼溫過低以及軋后鋼材冷卻不當,也可能形成發紋;二為軋制過程控制不當所導致的表面裂紋,軋鋼過程中如存在嚴重的溫度不均勻,會在鋼材表面形成橫向裂紋。線材成品冷卻過程中,局部驟冷,會形成微裂紋。
3 晶粒度的影響
細小晶粒的內部和晶界附近的應變度相差較小,變形較均勻,相對來說,因應力集中引起的開裂的機會也較小。故細晶鋼有可能在斷裂之前承受較大的變形量,可以得到較大的延伸率和斷面收縮率。同時,由于細晶鋼中的裂紋不易傳播,在斷裂過程中可吸收更多的能量,表現出較高的韌性。也就是說,奧氏體晶粒越細小,鋼熱處理后的強度越高,塑性越好,沖擊韌性越高。但是奧氏體化溫度過高或在高溫下保持時間過長,將使鋼的奧氏體晶粒長大,顯著降低鋼的沖擊韌性,減少裂紋擴展和提高脆性轉折溫度。此外,晶粒粗大的鋼件,淬火變形和開裂傾向增大。尤其當晶粒大小不均時,還顯著降低鋼的結構強度,引起應力集中,易于產生脆性斷裂。一般來說,鋼的原始組織越細,碳化物彌散度越大,則奧氏體的起始晶粒越細小。也更易于獲得細小而均勻的奧氏體起始晶粒度。冷鐓鋼要求在保證一定強度的條件下,還具有良好的塑性和韌性,以利冷頂鍛性能等的提高。因此提高冷鐓鋼晶粒度,細化晶粒是冷鐓鋼是否能夠具有優良的綜合機械性能的關鍵之一。
4 控冷與軋制工藝參數的影響
緩冷鐵碳基體組織成分與力學性能的關系見圖1。從圖1可以看出,冷鐓鋼控冷工藝不同于對應的低、中碳素結構鋼,其要求最終產品要有足夠的強度,良好的韌性和塑性,即要具有較好的綜合力學性能。其組織為鐵素體加珠光體,故采用延遲型冷卻,對于如SWRCH35K牌號的冷鐓鋼控冷關鍵是使奧氏體分解在適中的溫度下進行,并且使分解轉變的時間較長,以便得到適中的鐵素體晶粒和少量的珠光體,提高冷鐓鋼的強度,并使塑性指標不致下降,獲得較好的綜合力學性能。
圖1 緩冷鐵碳基體組織成分與力學性能關系
通過實施低溫軋制(出鋼溫度930～950℃),合理的吐絲溫度(820～840℃)及較適中的冷卻速度(斯太爾摩冷卻絲入口輥道段速度13～15m/min),使最終產品性能達到要求,符合緩冷鐵碳基本組織成分與力學性能關系。
圖2為SWRCH35K 牌號的冷鐓鋼等溫轉變曲線。
根據圖2"C"曲線的圖形特點,也可以看出使吐絲溫度更接近所需奧氏體轉變溫度。減小過冷度,同時通過在接近轉變溫度時,降低斯太爾摩冷卻線輥道速度,加保溫罩保溫,緩慢轉變,以獲得細小均勻的珠光體,從而減緩轉變區域向下移動,防止出現一些非平衡組織,達到獲得鐵素體加少量珠光體組織的目的,保證了冷鐓鋼最終的綜合性能指標。
