冷镦钢盘条冷镦不合格的原因分析-金相显微镜

摘要：分析了冷镦钢盘条冷镦不合格的原因，提出了改进措施。措施实施后冷镦合格率大幅度提高。

1概述

高线厂在试轧冷镦钢盘条初期，部分批次盘条冷镦合格率较低，究其原因主要是由于盘条表面裂纹造成的。为了弄清盘条表面裂纹产生的原因，对不同规格的成品及对应的轧制过程圆钢进行了低倍和高倍检验，并结合冷镦钢的冶炼和轧制工艺，对盘条表面裂纹的形成机理进行了初步分析，并提出了改进措施。

2试验方案

为了弄清盘条表面裂纹产生原因，分钢种对共262支Φ70、Φ23、Φ20mm的圆钢进行了低倍酸洗和金相检验，金相检验样取自圆钢样上有裂纹处，缺陷检验面为圆钢样横截面。

3试验结果及分析

圆钢低倍酸洗结果见表1。根据酸洗后试样表面形貌，把缺陷分为平行通长裂纹、一条通长裂纹、断续纹三种类型，三类缺陷中平行通长裂纹zui多，断续裂纹zui少，一条通长裂纹其次。

3.1试样表面有平行通长裂纹情况

3.1.1试验结果

(1)低倍检验及分析

从酸洗结果来看，有两条平行通长裂纹的较多，在Φ70mm、Φ23mm圆钢以及成品上均有。无论是8A、还是35K，其形貌基本一样。但不同试样两条平行通长裂纹之间的间距大小略有不同，Φ70mm圆钢在8.6～11.4mm之间，Φ23mm圆钢在3.0～5.0mm之间，Φ20mm在3.0mm左右。Φ70mm圆钢的两条平行通长裂纹均位于其天地面，对称面没有裂纹。

(2)金相检验分析

取酸洗后试样表面有平行通长裂纹的Φ70、Φ23圆钢试样进行金相分析，金相取样部位在通长裂纹处，金相检验结果见图1。由图1可见，裂缝处脱碳不明显，尾部圆钝，和盘条表面成锐角，且该形貌裂纹产生的部位均在轧件的天地面。

3.1.2结果分析

根据以上低倍、金相检验结果，初步认为该类缺陷是由以下原因引起的。

(1)轧制中心线调整不当，导致轧件中心偏离轧制中心线，造成轧件上的单侧耳子(见图2)。耳子在后续道次轧制之后，在成品上形成折叠，影响线材产品的冷镦性能。冷顶锻检验时缺陷表现为单侧通长纵向裂纹。

(2)导卫装置安装位置与孔型中心线若发生相对偏差，在导卫对轧件的夹持作用下，导卫使轧件偏离轧件中心线，在孔型中发生如下图2所示单侧耳子现象。

图2轧件单侧耳子示意图

(3)轧机的轴向定位精度得不到保证或调整不当，轧辊发生错辊现象，造成轧件上的错辊缺陷，在后续道次轧制后，在成品上形成折叠，影响线材产品的冷镦性能。

3.2试样表面有一条通长裂纹情况

3.2.1试验结果

(1)低倍检验分析

Φ70mm、Φ23mm圆钢及成品上产生一条通长裂纹的情况也较多，该形貌裂纹一般在轧件的天地面或在轧件辊缝处，其形貌见图3。

图3一条通长裂纹低倍酸洗后形貌(8A，Φ20mm成品)

(2)金相检验分析

取表面有一条通长裂纹的试样进行了金相检验(见图4)。由金相检验结果知，大多裂纹处脱碳不明显，尾部圆钝，和盘条表面成锐角。并且裂纹形貌基本相同。酸洗的试样其裂纹被腐蚀变宽、变深。

为了进行对比，取外购GCr15铸坯轧制的盘条进行了检验，发现其表面也有裂纹，GCr15盘条表面裂纹形貌见图5，其裂纹处脱碳不明显，尾部圆钝，和盘条表面成锐角，和冷镦钢系列盘条表面裂纹形貌基本相同。

3.2.2结果分析

经分析，产品上产生一条通长裂纹的情况主要是由以下原因造成的。

(1)在轧制过程中由于单侧耳子造成的平行通长裂纹，一条较深，另一条较浅，浅的裂纹经变形延伸消失而深裂纹经轧制延伸后不能消除，从而表现为一条通长裂纹，该形貌裂纹一般在其一边有不明显的与其平行的印痕。

(2)在轧制过程中，在道槽、导卫等某一处有一凸点，严重划伤了轧件，经轧制后不能消除而形成一条通长划痕，酸洗后表现为一条通长裂纹，该形貌裂纹可发生在轧件的四周任一位置。

3.3试样表面有断续裂纹情况

3.3.1试验结果

(1)低倍检验分析

在轧件上无通长裂纹，四周有断续裂纹这种缺陷也较多。该形态裂纹表现为无规则的小裂纹，一般Φ70mm圆钢上每条裂纹长约15mm，在Φ23mm圆钢及成品上相对较短、较浅，一般轧件四周均有，两旁相对较多，天地相对较少。

(2)金相检验分析

取酸洗后表面无通长裂纹，四周有断续裂纹的Φ70进行金相分析(见图6)发现，其裂纹两旁有脱碳或轻微脱碳现象，并且有向试样内部延伸的趋势。图6(a)裂缝两边脱碳明显，图6(b)裂缝附近有氧化质点且脱碳，图6(c)、6(d)在酸的腐蚀下变宽、变深的裂纹的末端，有向基体延伸的小裂纹。

3.3.2结果分析

根据以上低倍、金相检验结果分析，认为产品表面有断续裂纹主要是由于铸坯近表面缺陷(主要为内部角裂)在轧制过程中暴露，造成轧件前期出现裂纹缺陷，该缺陷如果较深，则成材后还存在，将造成冷镦开裂；深度较浅，则成材后不再存在，冷镦不开裂。其影响因素主要有：

(1)中间包水口位置对内部角裂的影响

冷镦钢连铸采用全保护浇注，浸入式水口对中情况对小方坯角部内裂有一定影响。浸入式水口不对中，特别是水口钢流偏向结晶器角部时，更易产生内部角裂。这主要是角部是二维传热，凝固较快，zui早形成气隙，不均匀传热程度较大，当钢流偏向铜管某一角部区域时，由于注流偏斜及局部冲刷凝壳，容易使该角部凝固壳相对减薄，从而导致坯壳的强度和刚度降低，裂纹敏感性增强。

(2)中包钢水过热度对内部角裂的影响

当中包钢水过热度较大、拉速偏高时，容易引起结晶器水缝中水的间断沸腾和坯壳变形，并使坯壳平均厚度减薄，因而坯壳的强度和刚度降低，容易在不均衡力作用下使初生坯壳产生拉裂。但低过热度、慢拉速内部角裂仍然存在，说明仅从钢水过热度和拉速控制内部角裂的发生是不够的，还必须从设备入手，消除铸坯冷却不均的因素。

(3)结晶器设备因素对内部角裂的影响

各种造成结晶器内凝壳不均匀的原因也是产生小方坯内部角裂的主要原因。在结晶器使用后期，方坯内部角裂发生率较高。这是因为随着结晶器使用次数的增加，结晶器的磨损、变形和内表面不平整度也增加，结晶器锥度减小，甚至可能出现结晶器铜管的菱形变形，这些都会导致方坯内部角裂的产生。

(4)二次冷却设备及工艺对内部角裂的影响

二次冷却不均匀会加剧方坯内部角裂的产生，特别对高拉速铸机而言，二次冷却系统是影响铸坯内部质量zui敏感的地方。造成二次冷却不均匀的因素有：1)个别喷嘴安装不对中；2)四侧的水量不均匀；3)喷嘴喷射角度过大或过小，造成角部过冷或冷却不足。