分享：6OS i 2 Mn弹簧扁钢几类裂纹缺陷的原因分析

文章通过对我公司60Si2Mn弹簧扁钢产品出现过的三种裂纹形式，侧面裂纹、平面裂纹、剪 切端面裂纹进行检测和分析，发现侧面裂纹是连铸坯皮下气泡暴露到表面并随着金属不均匀变形 而产生；平面裂纹主要是由钢坯表面凹陷或轧制划痕引起；而剪切应力作用于偏析较严重部位形 成的裂纹源，在残余应力释放过程中扩展，则会产生剪切端面裂纹。然后，根据上述分析结果， 分别从炼钢、轧制工序采取相应措施，有效控制了弹簧扁钢的表面裂纹缺陷，其中侧面和平面裂 纹已经基本消除，剪切端面裂纹出现的数量大大减少。 

60Si2Mn弹簧扁钢主要用于制作汽车零部件用 钢板弹簧，是我公司生产量最大的弹簧钢，年产量 达30多万t。近几年我公司60Si2Mn产品出现过侧 面裂纹、平面裂纹、剪切端面裂纹三种类型的裂纹 缺陷，侧面裂纹和平面裂纹直接影响到钢板弹簧的 加工和服役寿命，是弹簧失效的一个重要原因，剪 切端面裂纹则影响到钢材收得率。本文主要针对 60Si2Mnj$簧扁钢出现的三类裂纹缺陷进行分析，找 出形成裂纹的原因，从炼钢、轧制工序提出相应的 改进措施。 

60Si2Mn]单簧扁钢生产工艺流程

80 t复吹转炉一80 tLF精炼炉一R9 m连铸机(180mm2)_+步进梁式加热炉一高压水除磷一喂料辊一粗 轧机坌1t,650 mill×7—1≠}飞剪一中轧机flX,500 mm× 5—2j!}飞剪一精车L,500 mnl×7—3群飞剪一850 t；k剪 定尺剪切一检验一分级、包装一入库。 

60Si2Mn弹簧扁钢裂纹的表现形式

>侧面裂纹

此类裂纹肉眼可见，通常为长线型，呈“开口 状”，出现在扁钢的两个圆弧侧面，定义为I类裂 纹，如图1所示。 

>平面裂纹 

此类裂纹表观上看不明显，类似于翘皮，出现 在扁钢的上下表面，呈“闭口状”，横向切开，用金相显微镜观察横截面，可见内部延伸裂纹，此类 裂纹定义为Ⅱ类，如图2。 

>剪切端面裂纹

此类裂纹肉眼观察较明显，细而长，从中心部位延伸贯穿整个剪切端面，定义为Ⅲ类，如图3

产生裂纹的原因分析

>侧面裂纹形成原因分析 

沿I类裂纹横截面进行金相分析，金相组织见 图4。裂纹深度约0．3 mm，裂纹两侧无夹杂，裂纹缺 陷内部有脱碳，局部边缘有全脱碳。在裂纹处做能 谱分析，发现裂纹内有氧化物SiO：(图5)分布，由此 判断此类裂纹由连铸坯表面缺陷引起，在轧制过程 中暴露和扩展。经过对产生I类裂纹相应的连铸方 坯进行酸洗，低倍观察发现连铸坯存在表面气孔， 次表面存在皮下气泡，也证明了上述判断。 

存在表面气孔的连铸坯，在加热过程中，由于表面气孔内边缘与空气接触，会产生脱碳甚至是全脱碳，并且气孔内周边si元素与0反应形成f'SiO：， 那么，表面气孑L在轧制过程中是无法焊合的，因此 随着金属变形与延伸形成I类裂纹。次表面存在皮 下气泡的连铸坯，在加热过程中，部分未与空气接 触的皮下气泡缺陷在轧制过程中是可以焊合的，但 是靠近钢坯表面太近的皮下气泡，会因为钢坯表面 的氧化层脱落而暴露出来，那么产生表面裂纹的机 理与表面气孔一样。

I类裂纹常见于扁钢侧面，在平面上罕见，可 从金属变形特性来分析。 

众所周知，在镦粗圆柱体时可以看到，由于摩 擦阻力的作用，被镦粗的圆柱体侧面呈现出中间粗的桶形，这也符合最小阻力定律，也就是试样中部 的变形比接触面的部分大。从图6 n7"以看到各部分 的变形是不均匀的，其侧表面的金属翻转到试样的 上、下表面上来。 

同理，方坯经过多道次横向轧制、扩展，由 于受到轧辊的摩擦阻力，接触面金属流动将慢于中 心金属，故在扁钢侧面形成附加拉应力，导致扁钢 侧面的气孔扩展，形成发裂，并沿轧制方向线性延 伸，纵向观察呈“V”字形。相反，扁钢的上下表 面，因存在附加的压应力，一定程度上抑制了钢坯 表面缺陷的暴露…。 

>平面裂纹形成原因分析

Ⅱ类裂纹常出现在扁钢的表面，横截面金相观 察呈凹陷状，宽约40斗m，如图7(a)。内有细小分支 裂纹，凹陷内有脱碳，如图7(b)。凹陷内有脱碳说明 此缺陷在轧制前就存在；缺陷内有细小分支裂纹， 表明此类缺陷在轧制过程中向基体内延伸，可能在 成品的使用过程中成为裂纹源，影响疲劳寿命。上 述两点表明，此类裂纹产生的原因是钢坯表面凹陷 或划痕带来。 

>剪切端面裂纹形成原因分析 

Ⅲ类裂纹出现在扁钢两端的剪切面，低倍观 察裂纹均位于中心等轴晶区域内，向两边延伸。 纵向高倍观察，裂纹边缘存在严重元素偏析(图 8)。由于在轧制过程中，越靠近中心部位，金属 的变形程度越小旺】，在外部剪切应力作用下，中心 的较严重偏析部位发展成裂纹源，之后，随温度 的降低和残余应力的释放，裂纹源沿横向扩展形 成Ⅲ类裂纹。 

改进措施及效果

>I 类裂纹

各类原、辅材料全部烘烤合格后才能使用，以 减少带入钢中的气体含量。提高终点碳控制水平， 加强初炼脱氧、精炼变渣、连铸保护浇注等工艺操 作，有效控制钢中总氧含量。通过上述措施，I类 裂纹能够基本消除： 

>II 类裂纹 

合理控制钢水浇注过热度，并选择优质的弹簧 钢结晶器保护渣，达到无缺陷连铸坯的表面质量要 求(无需精整修磨)。在轧制工序，把高压水除鳞的水 压再提高20％，以更有效地清除钢坯加热后表面的 氧化铁层。上述措施实施后，Ⅱ类裂纹在近两年内 再没有出现： 

>Ⅲ类裂纹 由于资源原因，我公司铁水砷含量较高，且废钢铁中偶尔也会发现As、Sn、Pb、Sb、Bi等低熔点 有色金属元素偏高，这些元素易在晶界上偏聚，降 低晶界强度，而且促进偏析形成甚至形成初始裂纹 源。针对Ⅲ类裂纹，主要是通过优化矿源堆放与配 矿、强化废钢验收管理与分类分级处理来控制钢中 的杂质和有害残余元素，有效减缓连铸坯的中心偏 析。另外，在轧制后剪切工序，提高剪切温度，减 轻端面的残余应力。近一年内，此类裂纹出现的数 量大大减少。 

结束语 

(1)通过对裂纹原因的深入分析，发现产生裂 纹的原因主要是铸坯皮下气泡、钢坯表面凹陷和划 伤、中心偏析。 

(2)通过在炼钢、轧制工序采取相应措施进行 控制，铸坯皮下气泡、钢坯表面凹陷和划伤产生的 I、Ⅱ类裂纹已经基本消除，Ⅲ类裂纹出现的数量 大大减少。 

参考文献：

[1] 朱兆顺，张青山．王志衡，等．合金钢表面裂纹的控制．钢铁研 究，2010，36(增N2)：1-4 

[2] 王刚，杨顺虎．尹修刚．60Si2Mn弹簧钢端部裂纹产生原因分析 及探讨江苏冶金，2008，36(5)：54—55

文章来源——材料与测试网