文章通過對我公司60Si2Mn彈簧扁鋼產(chǎn)品出現(xiàn)過的三種裂紋形式，側(cè)面裂紋、平面裂紋、剪 切端面裂紋進行檢測和分析，發(fā)現(xiàn)側(cè)面裂紋是連鑄坯皮下氣泡暴露到表面并隨著金屬不均勻變形 而產(chǎn)生；平面裂紋主要是由鋼坯表面凹陷或軋制劃痕引起；而剪切應力作用于偏析較嚴重部位形 成的裂紋源，在殘余應力釋放過程中擴展，則會產(chǎn)生剪切端面裂紋。然后，根據(jù)上述分析結果， 分別從煉鋼、軋制工序采取相應措施，有效控制了彈簧扁鋼的表面裂紋缺陷，其中側(cè)面和平面裂 紋已經(jīng)基本消除，剪切端面裂紋出現(xiàn)的數(shù)量大大減少。

60Si2Mn彈簧扁鋼主要用于制作汽車零部件用 鋼板彈簧，是我公司生產(chǎn)量最大的彈簧鋼，年產(chǎn)量 達30多萬t。近幾年我公司60Si2Mn產(chǎn)品出現(xiàn)過側(cè) 面裂紋、平面裂紋、剪切端面裂紋三種類型的裂紋 缺陷，側(cè)面裂紋和平面裂紋直接影響到鋼板彈簧的 加工和服役壽命，是彈簧失效的一個重要原因，剪 切端面裂紋則影響到鋼材收得率。本文主要針對 60Si2Mnj$簧扁鋼出現(xiàn)的三類裂紋缺陷進行分析，找 出形成裂紋的原因，從煉鋼、軋制工序提出相應的 改進措施。

60Si2Mn]單簧扁鋼生產(chǎn)工藝流程

80 t復吹轉(zhuǎn)爐一80 tLF精煉爐一R9 m連鑄機(180mm2)_+步進梁式加熱爐一高壓水除磷一喂料輥一粗 軋機坌1t,650 mill×7—1≠}飛剪一中軋機flX,500 mm× 5—2j!}飛剪一精車L,500 mnl×7—3群飛剪一850 t；k剪 定尺剪切一檢驗一分級、包裝一入庫。

60Si2Mn彈簧扁鋼裂紋的表現(xiàn)形式

>側(cè)面裂紋

此類裂紋肉眼可見，通常為長線型，呈“開口 狀”，出現(xiàn)在扁鋼的兩個圓弧側(cè)面，定義為I類裂 紋，如圖1所示。

>平面裂紋

此類裂紋表觀上看不明顯，類似于翹皮，出現(xiàn) 在扁鋼的上下表面，呈“閉口狀”，橫向切開，用金相顯微鏡觀察橫截面，可見內(nèi)部延伸裂紋，此類 裂紋定義為Ⅱ類，如圖2。

>剪切端面裂紋

此類裂紋肉眼觀察較明顯，細而長，從中心部位延伸貫穿整個剪切端面，定義為Ⅲ類，如圖3

產(chǎn)生裂紋的原因分析

>側(cè)面裂紋形成原因分析

沿I類裂紋橫截面進行金相分析，金相組織見 圖4。裂紋深度約0．3 mm，裂紋兩側(cè)無夾雜，裂紋缺 陷內(nèi)部有脫碳，局部邊緣有全脫碳。在裂紋處做能 譜分析，發(fā)現(xiàn)裂紋內(nèi)有氧化物SiO：(圖5)分布，由此 判斷此類裂紋由連鑄坯表面缺陷引起，在軋制過程 中暴露和擴展。經(jīng)過對產(chǎn)生I類裂紋相應的連鑄方 坯進行酸洗，低倍觀察發(fā)現(xiàn)連鑄坯存在表面氣孔， 次表面存在皮下氣泡，也證明了上述判斷。

存在表面氣孔的連鑄坯，在加熱過程中，由于表面氣孔內(nèi)邊緣與空氣接觸，會產(chǎn)生脫碳甚至是全脫碳，并且氣孔內(nèi)周邊si元素與0反應形成f'SiO：，那么，表面氣孑L在軋制過程中是無法焊合的，因此 隨著金屬變形與延伸形成I類裂紋。次表面存在皮 下氣泡的連鑄坯，在加熱過程中，部分未與空氣接 觸的皮下氣泡缺陷在軋制過程中是可以焊合的，但 是靠近鋼坯表面太近的皮下氣泡，會因為鋼坯表面 的氧化層脫落而暴露出來，那么產(chǎn)生表面裂紋的機 理與表面氣孔一樣。

I類裂紋常見于扁鋼側(cè)面，在平面上罕見，可 從金屬變形特性來分析。

眾所周知，在鐓粗圓柱體時可以看到，由于摩 擦阻力的作用，被鐓粗的圓柱體側(cè)面呈現(xiàn)出中間粗的桶形，這也符合最小阻力定律，也就是試樣中部 的變形比接觸面的部分大。從圖6 n7"以看到各部分 的變形是不均勻的，其側(cè)表面的金屬翻轉(zhuǎn)到試樣的 上、下表面上來。

同理，方坯經(jīng)過多道次橫向軋制、擴展，由 于受到軋輥的摩擦阻力，接觸面金屬流動將慢于中 心金屬，故在扁鋼側(cè)面形成附加拉應力，導致扁鋼 側(cè)面的氣孔擴展，形成發(fā)裂，并沿軋制方向線性延 伸，縱向觀察呈“V”字形。相反，扁鋼的上下表 面，因存在附加的壓應力，一定程度上抑制了鋼坯 表面缺陷的暴露…。

>平面裂紋形成原因分析

Ⅱ類裂紋常出現(xiàn)在扁鋼的表面，橫截面金相觀 察呈凹陷狀，寬約40斗m，如圖7(a)。內(nèi)有細小分支 裂紋，凹陷內(nèi)有脫碳，如圖7(b)。凹陷內(nèi)有脫碳說明 此缺陷在軋制前就存在；缺陷內(nèi)有細小分支裂紋， 表明此類缺陷在軋制過程中向基體內(nèi)延伸，可能在 成品的使用過程中成為裂紋源，影響疲勞壽命。上 述兩點表明，此類裂紋產(chǎn)生的原因是鋼坯表面凹陷 或劃痕帶來。

>剪切端面裂紋形成原因分析

Ⅲ類裂紋出現(xiàn)在扁鋼兩端的剪切面，低倍觀 察裂紋均位于中心等軸晶區(qū)域內(nèi)，向兩邊延伸。 縱向高倍觀察，裂紋邊緣存在嚴重元素偏析(圖 8)。由于在軋制過程中，越靠近中心部位，金屬 的變形程度越小旺】，在外部剪切應力作用下，中心 的較嚴重偏析部位發(fā)展成裂紋源，之后，隨溫度 的降低和殘余應力的釋放，裂紋源沿橫向擴展形 成Ⅲ類裂紋。

改進措施及效果

>I類裂紋

各類原、輔材料全部烘烤合格后才能使用，以 減少帶入鋼中的氣體含量。提高終點碳控制水平， 加強初煉脫氧、精煉變渣、連鑄保護澆注等工藝操 作，有效控制鋼中總氧含量。通過上述措施，I類 裂紋能夠基本消除：

>II類裂紋

合理控制鋼水澆注過熱度，并選擇優(yōu)質(zhì)的彈簧 鋼結晶器保護渣，達到無缺陷連鑄坯的表面質(zhì)量要 求(無需精整修磨)。在軋制工序，把高壓水除鱗的水 壓再提高20％，以更有效地清除鋼坯加熱后表面的 氧化鐵層。上述措施實施后，Ⅱ類裂紋在近兩年內(nèi) 再沒有出現(xiàn)：

>Ⅲ類裂紋 由于資源原因，我公司鐵水砷含量較高，且廢鋼鐵中偶爾也會發(fā)現(xiàn)As、Sn、Pb、Sb、Bi等低熔點 有色金屬元素偏高，這些元素易在晶界上偏聚，降 低晶界強度，而且促進偏析形成甚至形成初始裂紋 源。針對Ⅲ類裂紋，主要是通過優(yōu)化礦源堆放與配 礦、強化廢鋼驗收管理與分類分級處理來控制鋼中 的雜質(zhì)和有害殘余元素，有效減緩連鑄坯的中心偏 析。另外，在軋制后剪切工序，提高剪切溫度，減 輕端面的殘余應力。近一年內(nèi)，此類裂紋出現(xiàn)的數(shù) 量大大減少。

結束語

(1)通過對裂紋原因的深入分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生裂 紋的原因主要是鑄坯皮下氣泡、鋼坯表面凹陷和劃 傷、中心偏析。

(2)通過在煉鋼、軋制工序采取相應措施進行 控制，鑄坯皮下氣泡、鋼坯表面凹陷和劃傷產(chǎn)生的 I、Ⅱ類裂紋已經(jīng)基本消除，Ⅲ類裂紋出現(xiàn)的數(shù)量 大大減少。

參考文獻：

[1] 朱兆順，張青山．王志衡，等．合金鋼表面裂紋的控制．鋼鐵研 究，2010，36(增N2)：1-4

[2] 王剛，楊順虎．尹修剛．60Si2Mn彈簧鋼端部裂紋產(chǎn)生原因分析 及探討江蘇冶金，2008，36(5)：54—55

文章來源——材料與測試網(wǎng)