低碳熱軋酸洗鋼因具有良好的性能和表面質量，在一些行業能夠替代冷軋產品，有較強的競爭力[1]。低碳酸洗鋼在加工過程中須經過折彎、輥壓、擴孔、拉伸、沖壓和翻邊等成形工藝，因此，材料本身的組織和力學性能如屈服強度、延伸率和塑形應變比r值對材料的加工成形有重要的影響[2]。日照鋼鐵低碳酸洗鋼SPHC-P性能和表面質量優良，用于制作壓縮機外殼、電機外殼和五金配件等。但某一批次低碳酸洗鋼SPHC-P在用戶制作壓縮機外殼過程中出現批量開裂，開裂位置為壓縮機凸臺外邊緣的端部。對開裂鋼卷位置進行取樣，通過成分、金相組織和力學性能檢測手段分析導致開裂的原因，從而進行針對性的工藝優化實驗，改進酸洗板的性能。

1.   開裂問題描述

圖1為低碳酸洗鋼SPHC-P制作的壓縮機外殼殼體開裂照片。從圖1(a)可以看出下殼體的凸臺外邊緣的端部有明顯頂端開裂，圖1(b)顯示相同部位有明顯減薄痕跡和隱裂。為了分析開裂產生原因，從開裂的鋼卷取20 mm×20 mm大小的試樣進行金相組織觀察，并進行成分、力學性能檢驗和廠內工藝調查。

2.   沖壓開裂分析

2.1   成分檢測

在開裂鋼卷取樣進行成分檢測，結果見表1。從表中可以看出，開裂鋼卷各元素含量均符合材料要求，因此可以判斷開裂并非成分異常造成。

2.2   熱軋工藝調查

低碳酸洗鋼SPHC-P熱軋工藝要求終軋溫度在(890±20) ℃范圍內。從圖2可以看出，2.5 mm規格低碳酸洗鋼SPHC-P問題卷對應精軋溫度波動較大，精軋溫度整體偏低，精軋溫度最小值小于800 ℃，遠低于工藝要求。

2.3   性能檢測

對開裂鋼卷取樣進行力學性能檢測，結果見表2。

從試樣的力學性能檢測結果可知，縱向伸長率偏低僅39%，低于放行標準≥40%的要求，縱向的屈服強度較正常卷高33 MPa左右，縱向的屈強比高0.07，且縱向r值低0.27。屈服強度高、延伸率低、屈強比高以及r值低導致材料的成形性能變差是造成沖壓開裂的直接原因。

2.4   組織觀察

選取開裂鋼卷，進行金相組織觀察。從圖3中可以看出開裂鋼卷表層組織為條帶狀的鐵素體組織，心部組織為鐵素體+少量滲碳體的再結晶組織且部分區域存在混晶。

終軋溫度較低而且終軋溫度波動大，精軋溫度最低值<800 ℃，鋼卷在兩相區軋制，導致混晶，惡化延伸率[3]。帶鋼表面受到冷卻水影響溫度更低，同時由于軋輥與帶鋼摩擦形成剪切力，導致帶鋼在全鐵素體區軋制，冷卻后表層形成條帶狀鐵素體組織。

壓縮機外殼下殼體的凸臺邊緣變形最大，對性能尤其是延伸率要求高。如果材料延伸率低或者組織不均勻存在混晶，粗晶區容易導致應力集中，在變形最大處出現減薄、隱裂或開裂。因此需要在提升延伸率的同時均勻組織，消除混晶。

同時，塑形應變比r值也是衡量板材成形性能重要的指標之一，反映了在沖壓成形過程中材料抵抗厚度方向減薄的能力。r值越大的材料越不易變薄，成形過程越不容易產生局部減薄和裂紋。趙鴻金等[4]認為，終軋溫度和卷取溫度對r值有重要的影響，在大量實驗數據的基礎上進行了回歸模擬分析。

因此，提高終軋溫度不僅能夠均勻組織，增大延伸率，同時能夠提高r值，進而改善材料的成形性能。

3.   工藝改進實驗

根據開裂試樣分析結果，在1580熱軋產線進行低碳酸洗鋼SPHC-P工藝實驗。實驗目的是提高薄規格終軋溫度，改善產品力學性能。提高中間坯厚度（34 mm提高到38 mm），投用熱卷箱，關閉機架間冷卻水，確保精軋終軋溫度(890±20) ℃，避免在兩相區軋制而形成混晶。投用軋制潤滑，減輕表層和心部組織差異，均勻帶鋼厚度組織。

3.1   熱軋工藝

本次實驗保持低碳酸洗鋼SPHC-P成分不變，僅進行熱軋工藝調整，實驗方案和執行結果見表3。

改進工藝后，低碳酸洗鋼的終軋溫度明顯升高，終軋溫度在872~905 ℃范圍內，平均溫度889 ℃，均高于Ar3，避免了在兩相區軋制。卷取溫度665~700 ℃，平均溫度685 ℃，卷取溫度較高，有利于熱軋組織的均勻和粗化。

3.2   優化后組織

改進工藝后，對熱軋卷進行取樣進行組織觀察。從圖4中可以看出，經過熱軋工藝優化，低碳酸洗鋼SPHC-P得到以鐵素體+滲碳體為主的組織，晶粒度表層9級，心部為8.5級，組織均勻無混晶。

3.3   優化后性能

改進工藝熱軋卷酸洗平整后，取拉伸試樣進行力學性能測試，結果見表4。優化后低碳酸洗鋼的屈服強度為231 MPa，延伸率為44.5%，屈強比0.64。屈服強度和屈強比降低，延伸率和r值增加，提高了沖壓成形過程中的應變能力。

3.4   試用效果

優化工藝后的低碳酸洗鋼SPHC-P在同一用戶進行同型號壓縮機外殼下殼體的沖壓，成形效果見圖5。現場沖壓600件壓縮機外殼下殼體，成形效果良好，無明顯減薄、隱裂和開裂問題，完全滿足用戶要求。

4.   結束語

低碳酸洗鋼SPHC-P開裂鋼卷的成分合格，表層形成條帶組織和心部局部混晶，帶鋼厚度方向組織差異大、不均勻，導致延伸率和r值較低是本次壓縮機下殼體開裂的主要原因。終軋溫度低，機架間冷卻水量大，表層在鐵素區軋制，心部在兩相區軋制，是造成組織差異大的原因。通過增加中間坯厚度、關閉機架間冷卻水、投用熱卷箱和潤滑軋制等措施，提高終軋溫度，均勻帶鋼組織，提高延伸率和r值，解決了酸洗板SPHC-P沖壓開裂問題。

文章來源——金屬世界