摘 要:將303Cu不銹鋼線材拉拔成六角棒后對其打孔,在這兩個工藝過程中,材料開裂幾率較 大。采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、電子探針分析等方法對開裂試樣進(jìn)行了全面分析,同時對線材 的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析,找到了開裂原因,并提出了應(yīng)對措施。結(jié)果表明:鋼中硫化物夾雜的成分、形 態(tài)及其分布是產(chǎn)生開裂的主要原因;采用調(diào)整連鑄和熱軋加熱工藝,以及增加軋后在線熱處理工 藝,有效降低了303Cu不銹鋼線材的加工開裂幾率。

關(guān)鍵詞:不銹鋼;拉拔及機(jī)加工;開裂;在線熱處理

中圖分類號:TG156 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-4012(2022)02-0049-04

303Cu不銹鋼是一種銅、硫元素含量都很高的 奧氏體不銹鋼,硫元素在鋼中與錳、鐵等元素形成夾 雜物,這類夾雜物能阻斷基體金屬的連續(xù)性。通常 鋼的易切削性能隨著硫元素含量的增加而增強(qiáng),但 是隨著硫元素含量的增加,其熱加工性能、冷加工的 塑性變形,尤其是橫向塑性、韌性、疲勞性能等都會 受到較大的影響[1-3]。

將某廠生產(chǎn)的?10 mm 的303Cu不銹鋼線材 開卷后,拉拔成對邊距約為8.7mm 的六角棒,在拉 拔過程中,六角棒經(jīng)常會發(fā)生開裂,裂紋沿六角棒的 縱向延伸,開裂率為15.3%;對未開裂的六角棒繼 續(xù)打孔并加工外螺紋,在此加工過程中六角棒也會 發(fā)生開裂,裂紋延伸到螺紋位置并垂直于螺紋,開裂 率為8.4%。試樣加工過程示意及開裂宏觀形貌如 圖1所示。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 化學(xué)成分分析

對開裂樣品取樣,采用SPECTROLAB M10型 光電 直 讀 光 譜 儀 對 試 樣 進(jìn) 行 化 學(xué) 成 分 分 析 (見 表1),由 表 1 可 以 看 出,結(jié) 果 均 符 合 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 4356-2016《不銹鋼盤條》的要求。

1.2 金相檢驗(yàn)

制作標(biāo)準(zhǔn)金相試樣,在 AxioImagerAim 型金 相顯微 鏡 下 觀 察 顯 微 組 織 形 貌,參 考 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn) 評級圖顯微檢驗(yàn)法》(見圖2~4)。由圖2~4可以 看出,不論開裂部位還是正常部位,硫化物類夾雜物 均呈細(xì)條狀分布,且存在局部聚集的現(xiàn)象,裂紋尾部 有點(diǎn)狀的硫化物顆粒。材料的基體組織為奧氏體, 其晶粒度為11.5級,不存在沿晶裂紋。

1.3 電子探針顯微分析

采用電子探針進(jìn)行顯微分析,裂紋周圍元素分 布面掃描結(jié)果如圖5所示,裂紋周圍能譜成分分析 結(jié)果如表2所示。由圖5及表2可知,裂紋周圍錳、 硫元素含量異常偏高,裂紋處存在較為粗大的硫化 錳夾雜物;局部還存在銅、硫元素含量偏高的現(xiàn)象, 顯微形貌為類似氣泡的孔洞。

2 綜合分析

由金相檢驗(yàn)和電子探針分析結(jié)果可知,材料基體存在分布不均勻且呈長條狀的硫化錳類夾雜物, 且此類夾雜物伴隨著類似氣泡的孔洞。硫化銅的熔 點(diǎn)較低,不銹鋼基體中硫化銅的熔點(diǎn)一般不會超過 1000 ℃,在連鑄、熱軋加熱及后續(xù)熱處理時極易形 成液態(tài)的硫化銅,當(dāng)溫度降低,硫化銅凝固且體積變 小,硫化銅存在的位置容易形成真空泡,這類真空泡 也跟夾雜物一樣阻斷了基體的連續(xù)性,在拉拔及機(jī) 加工過程中使基體開裂。

通過以上分析可知,303Cu不銹鋼開裂的主要 原因是硫化物夾雜中存在硫化銅,夾雜物的形態(tài)呈 長條狀,且分布不均勻。

連鑄過程中保持元素的均勻性,可避免產(chǎn)生較 大的化學(xué)成分偏析,尤其是銅元素的偏析。通過控 制軋制前的加熱溫度,硫化物在不銹鋼中呈現(xiàn)出有 利于軋制的狀態(tài)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著加熱溫度的升高, 沿縱向呈長條狀分布的硫化物有變短、變細(xì)、均勻分 布的趨勢。當(dāng)加熱溫度為1180~1300 ℃時,硫化 物明顯細(xì)化、分布較均勻,有利于軋制的進(jìn)行[4]。

303Cu不銹鋼在冷變形塑性加工前都會進(jìn)行固 溶處理,由于該鋼種的特殊性,正常固溶處理容易導(dǎo) 致材料局部晶粒粗大,反而不利于其塑性加工。實(shí) 踐證明,減少固溶加熱時間和降低固溶溫度可適當(dāng) 避免晶粒粗大現(xiàn)象。

3 工藝改進(jìn)措施

化學(xué)成分方面,調(diào)整錳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于 2.2%,硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.27%;連鑄投入 電磁攪拌,將二冷水的進(jìn)出水溫度差控制在8 ℃以 上,加大二冷水的流量;在現(xiàn)有工藝制度的基礎(chǔ)上, 將熱軋加熱爐加熱段和均熱段溫度均提高20℃,在 爐時間保持不變。可在冷卻輥道增加保溫罩,在保 溫罩內(nèi)增加升溫裝置,在保溫罩末端增加冷卻裝置。

經(jīng)過改進(jìn)工藝后,夾雜物及其周圍組織形貌如圖6 所示。圖6a)顯示硫化物分布均勻,大部分呈紡錘狀, 沒有真空泡伴生;圖6b)顯示夾雜物周圍組織為奧氏 體,晶粒度為8.5級,晶粒大小均勻。在拉拔六角棒和 打孔的過程中,開裂率分別降低到0.32%和0%,有效 地改善了303Cu不銹鋼塑性加工開裂的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

303Cu不銹鋼在拉拔及機(jī)加工開裂的主要原因 是硫化物夾雜物中存在硫化銅,夾雜物的形態(tài)為長 條狀,且局部聚集。另外,其組織狀態(tài)為細(xì)小的奧氏 體,而且晶界不明顯?？刂棋i、硫、氧元素的含量,連 鑄時輔以電磁攪拌、提高二冷水的冷卻效果,提高熱 軋加熱溫度和增加軋后在線熱處理等工藝有效地降 低了后續(xù)塑性加工的開裂率。

參考文獻(xiàn):

[1] 陸世英.不銹鋼[M].北京:原子能出版社,1995:161- 164.

[2] 李洪生,高輝.鋼中硫化錳的形態(tài)及對鋼性能的影響 [J].一重技術(shù),2004(4):26-28.

[3] 王哨兵.303Cu易切削不銹鋼盤條生產(chǎn)實(shí)踐[J].安徽 冶金,2018(3):37-40.

[4] 馬寶國,馮倡敏.不銹鋼線材 303Cu和 302HQ 的 生 產(chǎn)實(shí)踐[J].寶鋼技術(shù),2006(6):32-35.

<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊 > 58卷 > 2期 (pp:49-52)>