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鋼管知識
最新型汽車構建梁板裝置鑄成裂縫問題的制約要素(二)
2012-7-13 16:10:42 | 鋼管知識 | 關注:1349 次

  作為汽車大梁,主要承受較大的靜載荷和一定的沖擊、振動,因此對它的性能有兩方面的要求,一是要具有一定的強度,較好的塑性和韌性;二是由于汽車大梁多是冷沖壓成型,沖壓中容易產生裂紋,因此要求16MnL具有良好的沖壓性能

  3、磷、硫含量的影響

  硫含量對16MnL冷彎性能也有影響,冷彎性能隨硫含量的增加呈下降趨勢。因為在16MnL鋼中,硫大部分以MnS夾雜的形式存在于鋼中。MnS是一種塑性夾雜,在軋制過程中,沿鋼板伸長方向延展,破壞了鋼板橫向性能的連續性,使鋼板的橫向塑性大幅度降低,造成冷彎性能變壞。因此要提高16MnL鋼板冷彎性能,必須降低鋼中硫的含量。磷能顯著地強化鐵素體,起固溶強化作用,但卻增加冷脆性,降低鋼板的沖壓成型性能,因此磷的含量也應從嚴控制。可以看出,漣鋼CSP生產的汽車大梁板磷、硫含量的控制較好,磷、硫含量的統計平均值遠遠低于內控標準,開裂試樣的磷、硫含量也很低。

  4金相組織的影響

  通過金相組織觀察,發現漣鋼16MnL因塑性較差而引起冷成型開裂的材料中,均有較嚴重的貝氏體組織(B)。在中,曾分析過一塊已下料成0.42m寬的大梁板,彎曲時一側開裂而另一側不開裂,開裂的一側金相組織有嚴重的貝氏體;而不開裂的一側的金相組織沒有貝氏體,盡管有2.5級的魏氏組織,但仍然沒有開裂。這說明貝氏體在16MnL冷成型開裂中起了決定性的作用。另外,表3中3#樣與2中1#、2#樣比較,它們的金相組織均含有貝氏體,但3#樣中心還存在嚴重的碳偏析,其開裂的宏觀形貌表現為縱向開裂至中心部位后沿寬度方向擴展、分層,而1#、2#樣由于不存在中心偏析,其開裂的宏觀形貌僅是縱向開裂向中心擴展,這說明中心偏析的存在對16MnL冷成型開裂起了催化作用。因此16MnL中應防止貝氏體的產生,并減輕中心偏析的程度。

  5結果討論

  帶狀組織的影響帶狀組織嚴重破壞鋼的連續性,使鋼各向異性,但通過前面節對帶狀組織的分析可以看到,只要鋼的組織、夾雜、晶粒度等方面正常,帶狀組織達到3.0級,材料仍能滿足使用要求。然而帶狀組織總是破壞16MnL的橫向塑性,因此必須解決或減少帶狀組織,以提高16MnL冷彎性能。

  為了減輕或消除鋼板中的帶狀組織,在冶煉、軋制過程中,應注意:其一,由于帶狀組織的產生是枝晶偏析、第二相及夾雜物成層分布造成的。要消除或預防帶狀組織,應盡量減少或消除原組織中的偏析、細化原組織,因此應盡量低過熱度澆注,強化攪拌,促使鑄坯中心凝固等軸晶化,提高結晶器二冷段的冷卻速度,讓低熔點雜質來不及聚集,以減輕成分偏析;并應盡量降低磷、硫含量,減少夾雜物含量及其尺寸。如果鋼液過熱和澆注溫度過高,凝固時將形成粗大的初生晶粒,對枝晶偏析的消除不利。其二,軋制過程中,應采用大變形,盡可能破碎板坯粗大的原始奧氏體組織,同時控制終軋溫度,由于過低的終軋溫度會促使和加劇帶狀組織的形成,因此在保證材料性能的前提下,應適當提高終軋溫度。而且要提高軋后冷卻速度,加速相變過程,以抑制碳從貧錳區向富錳區擴散,使碳原子沒有擴散時間,因而帶狀組織來不及形成。研究表明,軋制鋼板的帶狀組織密度隨冷卻速度的增加而降低,當冷卻速度達到一定值時(臨界冷卻速度),帶狀組織會減輕甚至消失。漣鋼試軋的16MnL普遍存在較明顯的帶狀組織,應采取低過熱度澆注、合理的液芯壓下量、終軋溫度、冷卻速度等措施,以減輕或消除產品的帶狀組織。

  軋制工藝的影響由于CSP生產工藝的特點,16MnL的強度普遍偏高、帶狀組織較傳統工藝嚴重。針對上述情況,可提高終軋溫度并提高卷取溫度,調整層流冷卻模式,這樣既可使鋼材的性能得到改善,抗拉強度和屈服強度下降、塑性提高,又可降低帶狀組織級別,但過高的終軋溫度會使材料晶粒變粗。加快軋后冷卻速度,雖可減輕鋼板的帶狀組織,但冷卻速度過快,會提高鋼板的強度,甚至產生不正常的金相組織,影響16MnL的冷彎性能。從16MnL鋼CCT曲線可知,當冷卻速度足夠快時,組織未能經歷珠光體轉變區,不能實現“鐵素體+珠光體”平衡組織轉變。當急冷到550℃左右時,殘余奧氏體將向貝氏體轉變,從而增加鋼板的強度,降低塑性。另外,同樣的冷卻速度對不同厚度鋼板產生的結果也不一樣。因此,要提高16MnL冷成型性能,應對不同厚度的鋼板采用不同的冷卻速度,以達到強度與冷彎性能的互相兼顧。就漣鋼16MnL的生產情況看,應注意從以下幾個方面控制軋制過程:

  (1)應采取合適的未再結晶變形量。因為CSP采用的是在未再結晶區大變形的控制軋制工藝,這樣雖然可提高鋼的強韌性,但易加劇帶狀組織的形成,而帶狀組織是影響鋼板橫向沖擊性能的主要因素。

  (2)應控制好終軋溫度和卷取溫度。在保證性能的前提下,適當提高終軋溫度,過低的終軋溫度會造成鋼板性能過高,同時促進和加劇帶狀組織的形成。

  (3)應控制好軋后冷卻速度。較快的軋后冷卻速度雖可以加速相變過程,不給碳原子擴散時間,使帶狀組織來不及形成,減輕甚至消失帶狀組織,但冷速過大會產生魏氏組織和貝氏體,這將對16MnL冷成型性能產生嚴重影響。

  二非金屬夾雜物的影響眾所周知,夾雜物對鋼材機械性能的影響是由于它破壞了鋼的基體的連續性,引起應力集中,促進裂紋形成。而應力集中的程度與夾雜物本身的大小、形狀、性質以及夾雜物在鋼的熱加工過程中的行為有密切的關系。試驗發現,漣鋼試制的16MnL鋼板中夾雜物主要為硫化物(A)和硅酸鹽類(C)夾雜,它們的數量不多,而且大都較為細小,對產品性能影響較少,但有的MnS以長條形存在于鋼中。要想從根本上消除夾雜物對16MnL冷成型性能的不利影響,主要是冶煉過程中對鋼液的凈化,控制好夾雜物的形態和分布。

  在16MnL鋼板冷成型過程中,形式各樣的表面缺陷對鋼板的冷成型性能的影響也是非常大的,就CSP生產線來說,主要有爐輥擦傷,這種缺陷目前尚無徹底解決的辦法。筆者曾對一批開裂的16MnL試樣進行橫向(與軋制方向垂直)和縱向(與軋制方向平行)彎曲實驗,然后對彎曲部位的表面形貌進行觀察和分析,以檢驗鋼板承受冷彎塑性變形的能力。從表示縱向彎曲和橫向彎曲的總體外觀形貌上看,金屬基體上基本沒有肉眼可見的因彎曲變形而產生的嚴重缺陷,縱向彎曲只是在局部位置隱約可見有似劃痕狀的微裂紋,橫向彎曲在局部位置出現比縱向彎曲多的微裂紋并且有少量裂紋現象出現,這些裂紋都比較淺,同時也比較短,縱向彎曲微裂紋是基本上平行于彎曲方向的,橫向彎曲基本上垂直于彎曲方向的,也就是說這些裂紋大都平行于軋向,但也有的與軋向呈一定的角度,不完全是直線狀。這些裂紋產生的主要原因是:彎曲時裂紋產生部位由于鋼板表面缺陷處受很大拉應力的作用而產生應力集中,如果這些部位拉應力超過鋼板強度極限時,就會產生裂紋,這種缺陷就是爐輥擦傷。它彎曲時,雖然局部位置產生的微裂紋或裂紋都比較小,且深度也較淺,類似劃痕,對鋼板的強度產生的影響不大,同時盡管鋼板本身的冷成型性能較好,但汽車大梁板彎曲時不允許產生這種現象,必須予以減輕或消除。目前,漣鋼解決的辦法是在檢修時在均熱爐內留一塊板坯,借助摩擦力及爐輥冷卻后氧化鐵皮收縮將其去除,有明顯的效果。

  此外還有鋼板的殘余應力、加工方式等也對16MnL冷成型開裂產生影響,在此不作討論。

  CSP生產線生產的16MnL冷成型性能的影響因素是多方面的,造成其冷成型開裂的因素主要是:

  (1)冷卻不均勻或冷卻速度過快以致產生不正常的貝氏體組織。

  (2)碳、錳含量偏高造成其強度過高、塑性較差。

  (3)終軋溫度過低或澆注溫度過高使材料帶狀組織較嚴重。因此應適當降低碳、錳含量,采取低溫澆注并適當提高終軋溫度和卷取溫度,調整軋后冷卻模式,防止貝氏體的產生,減輕或消除中心偏析和帶狀組織,以進一步改善16MnL的冷成型性能。

  (來源:粉末冶金)

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