影响冷镦钢质量的主要因素

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根据对冷镦钢的质量检测,发现影响冷镦钢质量的因素主要有以下四个方面:钢的化学成分、表面裂纹、钢的晶粒度和轧制工艺参数。

1 化学成分的影响
     钢中硫、磷、氢、氧等杂质元素会不同程度地影响冷镦钢的力学性能,降低冷镦性能。因此,在冷镦钢的冶炼过程中应尽可能去除杂质。钢中氮、铝也会对钢质产生**影响,但当两者量合适时,会产生AlN难熔质点,阻碍晶粒长大,生成细晶粒钢,从而提高冷镦钢的综合性能。因此,应对其加以适量控制。非金属夹杂直接影响钢质,使钢的塑性、韧性、疲劳强度、抗腐蚀能力大大降低,特别是这些非金属夹杂物破坏了钢的基体连续性,在静荷载和动荷载的作用下,往往成为冷镦钢裂纹的起点。因此,应尽量降低钢中非金属夹杂物,同时,对其进行变性处理(如钙化等),来减少其在钢中的危害。

2 表面裂纹的影响
     2.2.1 表面裂纹影响冷镦钢性能的机理如果冷镦钢存在表面裂纹,冷顶锻加工时,由于裂纹的存在引起应力集中,同时产生复杂的应力状态,导致裂纹扩张,*终冷顶锻开裂。国内生产的冷镦钢在实际使用中,经常发现此种现象,严重影响产品质量。
     2.2.2 表面裂纹产生的原因产生表面裂纹主要原因有两个,一为钢坯质量不合格。钢坯质量导致的表面裂纹主要是钢锭皮下气泡或皮下夹杂在轧制中暴露于钢坯或钢材表面。钢坯有发纹和裂缝时,经再轧制加工也能形成表面裂纹。钢坯表面舌状结疤过深时,在轧制中可能演变成"Y"字形的裂缝。钢坯火焰清理沟痕过陡或加热温度不均、钢温过低以及轧后钢材冷却不当,也可能形成发纹;二为轧制过程控制不当所导致的表面裂纹,轧钢过程中如存在严重的温度不均匀,会在钢材表面形成横向裂纹。线材成品冷却过程中,局部骤冷,会形成微裂纹。
3 晶粒度的影响
     细小晶粒的内部和晶界附近的应变度相差较小,变形较均匀,相对来说,因应力集中引起的开裂的机会也较小。故细晶钢有可能在断裂之前承受较大的变形量,可以得到较大的延伸率和断面收缩率。同时,由于细晶钢中的裂纹不易传播,在断裂过程中可吸收更多的能量,表现出较高的韧性。也就是说,奥氏体晶粒越细小,钢热处理后的强度越高,塑性越好,冲击韧性越高。但是奥氏体化温度过高或在高温下保持时间过长,将使钢的奥氏体晶粒长大,显著降低钢的冲击韧性,减少裂纹扩展和提高脆性转折温度。此外,晶粒粗大的钢件,淬火变形和开裂倾向增大。尤其当晶粒大小不均时,还显著降低钢的结构强度,引起应力集中,易于产生脆性断裂。一般来说,钢的原始组织越细,碳化物弥散度越大,则奥氏体的起始晶粒越细小。也更易于获得细小而均匀的奥氏体起始晶粒度。冷镦钢要求在保证一定强度的条件下,还具有良好的塑性和韧性,以利冷顶锻性能等的提高。因此提高冷镦钢晶粒度,细化晶粒是冷镦钢是否能够具有优良的综合机械性能的关键之一。

4 控冷与轧制工艺参数的影响
     缓冷铁碳基体组织成分与力学性能的关系见图1。从图1可以看出,冷镦钢控冷工艺不同于对应的低、中碳素结构钢,其要求*终产品要有足够的强度,良好的韧性和塑性,即要具有较好的综合力学性能。其组织为铁素体加珠光体,故采用延迟型冷却,对于如SWRCH35K牌号的冷镦钢控冷关键是使奥氏体分解在适中的温度下进行,并且使分解转变的时间较长,以便得到适中的铁素体晶粒和少量的珠光体,提高冷镦钢的强度,并使塑性指标不致下降,获得较好的综合力学性能。
图1 缓冷铁碳基体组织成分与力学性能关系

     通过实施低温轧制(出钢温度930～950℃),合理的吐丝温度(820～840℃)及较适中的冷却速度(斯太尔摩冷却丝入口辊道段速度13～15m/min),使*终产���性能达到要求,符合缓冷铁碳基本组织成分与力学性能关系。
图2为SWRCH35K 牌号的冷镦钢等温转变曲线。

     根据图2"C"曲线的图形特点,也可以看出使吐丝温度更接近所需奥氏体转变温度。减小过冷度,同时通过在接近转变温度时,降低斯太尔摩冷却线辊道速度,加保温罩保温,缓慢转变,以获得细小均匀的珠光体,从而减缓转变区域向下移动,防止出现一些非平衡组织,达到获得铁素体加少量珠光体组织的目的,保证了冷镦钢*终的综合性能指标。