摘要:将Cu不锈钢线材拉拔成六角棒后对其打孔,在这两个工艺过程中,材料开裂几率较大。采用化学成分分析、金相检验、电子探针分析等方法对开裂试样进行了全面分析,同时对线材的生产工艺进行分析,找到了开裂原因,并提出了应对措施。结果表明:钢中硫化物夹杂的成分、形态及其分布是产生开裂的主要原因;采用调整连铸和热轧加热工艺,以及增加轧后在线热处理工艺,有效降低了Cu不锈钢线材的加工开裂几率。
关键词:不锈钢;拉拔及机加工;开裂;在线热处理
中图分类号:TG文献标志码:B文章编号:-()02--04
Cu不锈钢是一种铜、硫元素含量都很高的奥氏体不锈钢,硫元素在钢中与锰、铁等元素形成夹杂物,这类夹杂物能阻断基体金属的连续性。通常钢的易切削性能随着硫元素含量的增加而增强,但是随着硫元素含量的增加,其热加工性能、冷加工的塑性变形,尤其是横向塑性、韧性、疲劳性能等都会受到较大的影响[1-3]。
将某厂生产的10mm的Cu不锈钢线材开卷后,拉拔成对边距约为8.7mm的六角棒,在拉拔过程中,六角棒经常会发生开裂,裂纹沿六角棒的纵向延伸,开裂率为15.3%;对未开裂的六角棒继续打孔并加工外螺纹,在此加工过程中六角棒也会发生开裂,裂纹延伸到螺纹位置并垂直于螺纹,开裂率为8.4%。试样加工过程示意及开裂宏观形貌如图1所示。
1理化检验
1.1化学成分分析
对开裂样品取样,采用SPECTROLABM10型光电直读光谱仪对试样进行化学成分分析(见表1),由表1可以看出,结果均符合标准GB/T-《不锈钢盘条》的要求。
1.2金相检验
制作标准金相试样,在AxioImagerAim型金相显微镜下观察显微组织形貌,参考标准GB/T-《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》(见图2~4)。由图2~4可以看出,不论开裂部位还是正常部位,硫化物类夹杂物均呈细条状分布,且存在局部聚集的现象,裂纹尾部有点状的硫化物颗粒。材料的基体组织为奥氏体,其晶粒度为11.5级,不存在沿晶裂纹。
1.3电子探针显微分析
采用电子探针进行显微分析,裂纹周围元素分布面扫描结果如图5所示,裂纹周围能谱成分分析结果如表2所示。由图5及表2可知,裂纹周围锰、硫元素含量异常偏高,裂纹处存在较为粗大的硫化锰夹杂物;局部还存在铜、硫元素含量偏高的现象,显微形貌为类似气泡的孔洞。
2综合分析
由金相检验和电子探针分析结果可知,材料基体存在分布不均匀且呈长条状的硫化锰类夹杂物,且此类夹杂物伴随着类似气泡的孔洞。硫化铜的熔点较低,不锈钢基体中硫化铜的熔点一般不会超过℃,在连铸、热轧加热及后续热处理时极易形成液态的硫化铜,当温度降低,硫化铜凝固且体积变小,硫化铜存在的位置容易形成真空泡,这类真空泡也跟夹杂物一样阻断了基体的连续性,在拉拔及机加工过程中使基体开裂。
通过以上分析可知,Cu不锈钢开裂的主要原因是硫化物夹杂中存在硫化铜,夹杂物的形态呈长条状,且分布不均匀。
连铸过程中保持元素的均匀性,可避免产生较大的化学成分偏析,尤其是铜元素的偏析。通过控制轧制前的加热温度,硫化物在不锈钢中呈现出有利于轧制的状态。试验发现,随着加热温度的升高,沿纵向呈长条状分布的硫化物有变短、变细、均匀分布的趋势。当加热温度为~℃时,硫化物明显细化、分布较均匀,有利于轧制的进行[4]。
Cu不锈钢在冷变形塑性加工前都会进行固溶处理,由于该钢种的特殊性,正常固溶处理容易导致材料局部晶粒粗大,反而不利于其塑性加工。实践证明,减少固溶加热时间和降低固溶温度可适当避免晶粒粗大现象。
3工艺改进措施
化学成分方面,调整锰元素的质量分数不小于2.2%,硫元素的质量分数不大于0.27%;连铸投入电磁搅拌,将二冷水的进出水温度差控制在8℃以上,加大二冷水的流量;在现有工艺制度的基础上,将热轧加热炉加热段和均热段温度均提高20℃,在炉时间保持不变。可在冷却辊道增加保温罩,在保温罩内增加升温装置,在保温罩末端增加冷却装置。
经过改进工艺后,夹杂物及其周围组织形貌如图6所示。图6a)显示硫化物分布均匀,大部分呈纺锤状,没有真空泡伴生;图6b)显示夹杂物周围组织为奥氏体,晶粒度为8.5级,晶粒大小均匀。在拉拔六角棒和打孔的过程中,开裂率分别降低到0.32%和0%,有效地改善了Cu不锈钢塑性加工开裂的现象。
4结语
Cu不锈钢在拉拔及机加工开裂的主要原因是硫化物夹杂物中存在硫化铜,夹杂物的形态为长条状,且局部聚集。另外,其组织状态为细小的奥氏体,而且晶界不明显。控制锰、硫、氧元素的含量,连铸时辅以电磁搅拌、提高二冷水的冷却效果,提高热轧加热温度和增加轧后在线热处理等工艺有效地降低了后续塑性加工的开裂率。
参考文献:
[1]陆世英.不锈钢[M].北京:原子能出版社,:-.
[2]李洪生,高辉.钢中硫化锰的形态及对钢性能的影响[J].一重技术,(4):26-28.
[3]王哨兵.Cu易切削不锈钢盘条生产实践[J].安徽冶金,(3):37-40.
[4]马宝国,冯倡敏.不锈钢线材Cu和HQ的生产实践[J].宝钢技术,(6):32-35.
文章来源材料与测试网期刊论文理化检验－物理分册58卷2期(pp:49-52)
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