张正波
(宝武杰富意特殊钢有限公司，广东 韶关 512123)
LAX340Y410T属于高强度低合金钢，要求屈服强度大于340 MPa，抗拉强度大于410 MPa。LAX340Y410T多用于汽车板材，而圆棒应用较少。通常配套汽车减震器套管的原材料为棒材，经过穿管加工后主要应用于汽车减震器套管配件等关键部位，对其表面质量有较高要求，且要求具有良好的冷加工、成型和机械性能。LAX340Y410T主要供美国克莱斯勒大捷龙汽车车型减震器套管用汽车配件，国内生产厂家应用较少。宝武杰富意特殊钢有限公司首次试制汽车减震器套管用钢LAX340Y410T，产品性能指标满足标准要求，但圆钢表面存在通条裂纹、烂钢等缺陷，表面漏磁探伤初检合格率仅3.13%。本文针对上述现象进行工艺技术优化研究，以期提高LAX340Y410T圆钢产品质量。
1.1 LAX340Y410T生产工艺流程
LAX340Y410T生产工艺流程为：高炉铁水→KR脱硫→转炉→LF→RH→连铸机→加热炉→高压水除磷→中棒轧机→探伤→检验入库。
1.2 问题阐述
LAX340Y410T属于低碳低合金钢，但对强度有要求。产品开始试制阶段，成分设计添加强碳化物形成元素V，V的主要作用是沉淀强化，通过增加相变的过冷度来细化铁素体和珠光体，提高V在高温下的溶解度从而起到沉淀强化的作用[1-4]。同时，在冶炼过程进行氮气环流，目的是使微合金元素以碳/氮化物在铁素体和珠光体中析出，起到强化作用，使其强度满足标准要求。首次开发试制LAX340Y410T钢成分设计见表1。
表1 LAX340Y410T钢的成分设计(质量分数，%)
将首次冶炼的LAX340Y410T投料轧制成规格为φ60 mm的圆钢。轧制过程中发现圆钢表面存在通条裂纹缺陷。跟踪发现钢坯加热出炉经粗轧后钢坯角部有角裂缺陷，精轧后形成通条裂纹缺陷。对该批次圆钢进行表面漏磁探伤，探伤合格率仅为3.13%，见表2。钢材表面缺陷如图1、图2所示；
钢材的屈服强度和抗拉强度见表3，均满足标准要求。
表2 表面漏磁探伤合格率
图1 铸坯初轧表面角部缺陷Fig.1 Surface corner defects of cast slab after blooming
图2 圆钢表面缺陷Fig.2 Surface defects of round steel
表3 力学性能
1.3 缺陷分析
在圆钢缺陷部位取样进行金相组织观察，如图3所示。从图中可以看出，腐蚀前裂纹周围无异常夹杂物，见图3(a)；
腐蚀后裂纹周围有脱碳，且裂纹内有大量氧化铁及氧化质点，见图3(b)，这说明裂纹缺陷产生于轧制前，裂纹缺陷经加热炉高温加热后在缺陷周围产生氧化质点和脱碳。结合轧制过程中铸坯出炉，经初轧后发现钢材表面存在角部裂纹，这进一步验证裂纹缺陷产生于轧制前。
(a)腐蚀前；
(b)腐蚀后图3 腐蚀前后裂纹缺陷(a)before corrosion; (b)after corrosionFig.3 Crack defects before and after corrosion
1.4 铸坯剥皮与未剥皮生产试验
1.4.1试验情况
为了进一步明确裂纹缺陷是在加热过程中产生的，还是铸坯自身就存在。对库存未轧制的铸坯进行剥皮观察，结果发现，在剥皮过程中铸坯的四个表面均存在深度约2～3 mm的凹坑缺陷，如图4所示。
图4 铸坯剥皮表面凹坑缺陷Fig.4 Pit defects on the surface of cast billet after peeling
对同炉号铸坯进行剥皮和不剥皮的轧制试验。试验方案为：未剥皮的2支铸坯，其中1支穿水轧制，另1支未穿水轧制；
而剥皮的6支铸坯(剥皮至表面无肉眼可见凹坑缺陷)将其中3支进行穿水轧制，另3支未穿水轧制。试验结果见表4。由表4可知，剥皮和不剥皮铸坯轧制的圆钢表面均存在通条裂纹、翘皮等缺陷。未剥皮铸坯轧制的圆钢表面探伤合格率为0，而经穿水轧制与不穿水轧制的剥皮铸坯圆钢表面探伤合格率分别为24.6%和30.88%。
表4 剥皮和不剥皮铸坯的轧制试验情况
1.4.2裂纹缺陷分析
在剥皮铸坯轧制圆钢和未剥皮铸坯轧制的圆钢缺陷部位分别取样进行组织观察，如图5所示。由图5可知，未剥皮铸坯与剥皮轧制的圆钢缺陷组织形貌比较类似，缺陷处均有大量氧化铁，裂纹两侧可见大量内氧化，裂纹内及周围无夹杂物存在。腐蚀后，裂纹处有脱碳现象。这说明裂纹与非金属夹杂无关，缺陷已在轧制前产生。根据铸坯剥皮后轧制的圆钢也出现裂纹缺陷，这说明LAX340Y410T的应力裂纹敏感性较强，由于铸坯未缓冷，应力未释放完全，铸坯在加热过程中容易产生裂纹缺陷。根据圆钢表面探伤结果，剥皮铸坯轧制圆钢的探伤合格率比未剥皮的高，说明铸坯表面存在的凹坑缺陷会在加热过程中因应力集中加剧裂纹的扩展，从而导致探伤合格率下降。
(a)未剥皮铸坯，腐蚀前；
(b)未剥皮铸坯，腐蚀后；
(c)剥皮铸坯，腐蚀前；
(d)剥皮铸坯，腐蚀后图5 剥皮和未剥皮铸坯轧制圆钢缺陷50×(a)unpeeled cast billet,before corrosion;(b)unpeeled cast billet,after corrosion;(c)peeled cast billet,before corrosion;(d)peeled cast billet,after corrosionFig.5 Defects of rolled round steel of peeled and unpeeled cast billet 50×
1.5 铸坯凹坑缺陷产生原因分析
LAX340Y410T钢含碳量≤0.12%，属于典型的亚包晶钢，裂纹敏感性较强，铸坯表面凹坑缺陷的产生主要与亚包晶钢裂纹敏感性强有关。另外，钢成分中加入N元素会进一步提高裂纹敏感性，这是因为N易与V生成脆性氮化物，连铸坯中的氮化物和碳氮化物在振痕凹处易析出，导致局部的热韧性降低[5]。LAX340Y410T钢属于低碳亚包晶钢，振痕较深，深振痕将使应力更集中，铸坯表面裂纹和凹坑缺陷在深振痕的凹处易于形成并长大。因此，铸坯凹坑缺陷的产生与亚包晶钢LAX340Y410T中加入了N元素有关。
根据以上分析结果，对工艺进行优化调整，并再次进行试制。
2.1 工艺改善方案
工艺改善方案为：优化调整材料成分、增加铸坯缓冷和降低加热炉预热温度。成分设计从成本考虑将C、Si元素按标准要求上限控制，降低微合金强化元素V的含量。同时，取消冶炼过程中氮气环流，且铸坯进行缓冷。
2.2 工艺试验情况
根据工艺优化方案再次进行试制，冶炼过程正常，成分满足设计要求。N含量测量值为49.4 ppm，见表5。成分优化调整后铸坯力学性能满足标准要求，见表6。
表5 成分优化调整(质量分数，%)
表6 工艺优化后材料的力学性能
铸坯未见明显异常缺陷，轻微剥皮后未见明显凹坑、裂纹等缺陷，如图6所示。铸坯经缓冷后轧制成规格为φ60 mm的圆钢，轧制过程正常，圆钢表面无肉眼可见的翘皮、通条裂纹等缺陷，圆钢表面漏磁探伤初检合格率达到90.2%，总合格率达到98%。
图6 铸坯剥皮表面质量Fig.6 Surface quality of peeled cast billets
1)严格控制LAX340Y410T钢中N含量，可减少铸坯表面裂纹和凹坑缺陷。
2)通过铸坯缓冷，可有效防止应力裂纹产生。
3)通过制定针对性工艺改善措施，LAX340Y410T圆钢表面探伤合格率由初次试制的3.13%提升至90.2%，产品质量大幅度提高，创造了良好的经济效益。
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