吳海林 李宗強(qiáng) 葉姜

（技術(shù)中心）

摘要：檢測分析認(rèn)為DC03 冷軋鋼帶沖壓開裂的原因是存在大型脆性夾雜物，提出改進(jìn)冶煉連鑄工藝的建議。

關(guān)鍵詞： DC03冷軋鋼帶；沖壓開裂；脆性夾雜物

1 前言

DC03 屬于沖壓用冷軋鋼帶，具有低屈服強(qiáng)度、高延伸率的特點，一般用于沖制汽車零部件以及電器產(chǎn)品零部件等。沖壓開裂是DC03 冷軋鋼帶使用過程中存在的主要失效形式之一，其不僅影響用戶的生產(chǎn)制造，還會給鋼鐵廠的信譽(yù)帶來嚴(yán)重影響。本文針對柳鋼DC03 冷軋鋼帶沖壓開裂現(xiàn)象，分析沖壓開裂原因，提出防治措施，可望實施改進(jìn)。

2 檢驗及結(jié)果

用戶使用柳鋼DC03 冷軋鋼帶下料沖制零件，主要工藝流程為：下料———鉆孔———沖壓。零件經(jīng)沖壓后在鉆孔處發(fā)生開裂。取開裂部位試樣進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相+ 掃描電鏡分析，檢測結(jié)果表明：DC03 冷軋鋼帶的化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織均良好，符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議要求。但在試樣開裂位置和正常位置均檢測到大型非金屬夾雜物。非金屬夾雜物數(shù)量較多，沿軋制方向呈點鏈狀延展分布，部分夾雜物延展長度達(dá)到15 mm 左右。能譜掃描結(jié)果表明：夾雜物主要含有Mg、Al、Ca 等元素（見表1），屬于鎂鋁尖晶石、鈣鎂鋁酸鹽的復(fù)合夾雜物，其中大部分為鎂鋁尖晶石夾雜物，另有少部分鈣鎂鋁酸鹽夾雜物。

3 分析與防治

3.1 原因分析

DC03 為鋁鎮(zhèn)靜鋼，鋼液中A1 含量影響鋼中鎂鋁尖晶石夾雜的形成和轉(zhuǎn)化。當(dāng)鋼中A1 含量比較高（w 鋼（A1）：0.01%～0.04%） 時，會形成MgA1₂O₄ 夾雜^[1]。渣中CaF₂ 對MgA1₂O₄ 夾雜物的形成作用也比較大，無論鋼中A1 含量高或者低，渣中加入CaF₂ 都生成了許多MgA1₂O₄夾雜^[1]。這可能是由于CaF₂ 侵蝕包襯，使MgO進(jìn)入了鋼液中，導(dǎo)致MgA1₂O₄ 夾雜的生成更加容易。渣系的堿度較高時，隨著A1₂O₃ 的增加，MgO 的有效濃度會增加，鋼中Mg 也相應(yīng)地會增加；而在渣系堿度較低時，隨著渣中A1₂O₃ 的增加，MgO 的有效濃度會降低，鋼中Mg 會降低^[2]。若渣系堿度更高，渣中游離的CaO 也會被Al 還原成Ca，進(jìn)而Ca 又被氧化成CaO，與MgO 和A1₂0₃ 生成含CaO 的鎂鋁尖晶石夾雜物^[3]。

夾雜物中的MgO 主要來源途徑為爐渣中的MgO 和堿性包襯。董履仁和劉新華[4]在專著里指出非金屬夾雜物中MgO 來自堿性爐渣時，夾雜物中同時會含有CaO，且MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%，如果MgO來自耐火材料則其質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于5%。從能譜結(jié)果看，MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于5%，判定夾雜物中的MgO 主要來源于堿性耐火材料包襯。轉(zhuǎn)爐廠所用大包的包身內(nèi)襯為MgO·A1₂O₃ 質(zhì)耐火材料，包底內(nèi)襯為MgO-C 質(zhì)耐火材料，中間包內(nèi)襯為MgO 質(zhì)耐火材料。受鋼水對包襯不斷侵蝕的影響，大包或者中間包耐火材料極有可能脫落進(jìn)入鋼水中，與A1₂O₃ 結(jié)合生成鎂鋁尖晶石夾雜物。

鎂鋁尖晶石夾雜物熔點較高（2 135 ℃），容易在大包長水口或中間包下水口處沉積結(jié)瘤，脫落后隨鋼水凝固而在鑄坯中殘留，經(jīng)軋制輾壓后，破碎形成點鏈狀的夾雜物。一方面，大量點鏈狀鎂鋁尖晶石夾雜物的存在破壞了DC03冷軋鋼帶基體的連續(xù)性，嚴(yán)重降低其塑性；另一方面，鎂鋁尖晶石屬于脆性不變形夾雜物，與基體的熱變形能力差異大，經(jīng)熱軋、冷軋后易在夾雜物與鋼基體的交界面處形成空隙或裂紋。用戶加工使用時，夾雜物在瞬時沖壓應(yīng)力的作用下，會成為裂紋源，直接引發(fā)DC03 冷軋鋼帶的開裂失效。

3.2 防治措施

（1） 選用優(yōu)質(zhì)的大包、中間包耐材，提高砌包質(zhì)量，并適當(dāng)減少使用包齡，降低耐材侵蝕的幾率。

（2） 控制鋼水溫度穩(wěn)定性和澆注順行，減少因鋼水溫度高、澆注紊流對包襯的侵蝕。

（3） 選用“低堿度+ 高A1₂O₃”鋼包渣系，適當(dāng)減少鋼中Al 含量，以減少鋼中鎂鋁尖晶石夾雜物生成量。合理控制鋼包頂渣，使石灰自然化透，減少或不使用CaF₂ 化渣。

4 結(jié)語

（1） DC03 冷軋鋼帶中數(shù)量較多的脆性不變形鎂鋁尖晶石夾雜物是引起沖壓開裂的主要原因。

（2） 減少鋼中鎂鋁尖晶石夾雜物的防治措施有：選用優(yōu)質(zhì)大包、中間包耐材、壓縮包齡；控制鋼水溫度穩(wěn)定性和澆注順行；選用“低堿度+ 高A1²O₃”渣系，適當(dāng)減少鋼中Al 含量，盡量減少或不使用CaF₂ 化渣。

參考文獻(xiàn)

1 繆新德，于春梅，石超民，等．軸承鋼中鈣鋁酸鹽夾雜物的形成及控制．北京科技大學(xué)學(xué)報．2007，29(8)：771～774

2 于春梅，繆新德，石超民，等．軸承鋼中鎂鋁尖晶石夾雜物行為研究．北京科技大學(xué)學(xué)報，2005，27（增）：37～40

3 姜錫山. 連鑄鋼缺陷分析與對策. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011. 69

4 董履仁，劉新華. 鋼中大型夾雜物. 北京：冶金工業(yè)出版社，1991. 101