關(guān)于先進(jìn)高強(qiáng)鋼的缺陷控制措施思考

王智聰，龐洪軒，陳建超

（1.河北普陽鋼鐵有限公司，河北 武安 056305；2.河北省高韌性風(fēng)塔鋼工程研究中心，河北 武安 056305）

先進(jìn)高強(qiáng)鋼成為一種先進(jìn)的鋼材，在國際上得到全面應(yīng)用，近年來隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，對于先進(jìn)高強(qiáng)鋼的研究也在增多。在汽車制造領(lǐng)域運(yùn)用先進(jìn)高強(qiáng)鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材，能夠減輕汽車的整體重量，具有環(huán)保性和安全性的特點(diǎn)。在鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展中，應(yīng)該以先進(jìn)高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)為重點(diǎn)，增強(qiáng)自身的競爭實(shí)力。析出、固溶和細(xì)化晶粒等，在傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用較多，而在先進(jìn)高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)中則采用了相變的方式，有助于整體性能的改善。先進(jìn)高強(qiáng)鋼除了具備上述優(yōu)勢外，在使用中也會(huì)受到多種因素影響而出現(xiàn)缺陷，為了防止對材料應(yīng)用造成影響，必須加強(qiáng)對各類缺陷的針對性控制。應(yīng)該從實(shí)際情況出發(fā)，加強(qiáng)對缺陷位置、類型和特點(diǎn)的分析，確?？刂拼胧┑目尚行?，保障企業(yè)生產(chǎn)效益。

1 先進(jìn)高強(qiáng)鋼的種類

1.1 馬氏體鋼

馬氏體是由奧氏體轉(zhuǎn)化而來，需要經(jīng)過連續(xù)退火處理，與傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼相比較而言，馬氏體鋼在強(qiáng)度上的優(yōu)勢較大，在相關(guān)測試當(dāng)中，抗拉強(qiáng)度甚至能夠達(dá)到1700MPa。為了使馬氏體鋼的韌性得到改善，需要經(jīng)過等溫回火處理，在成形性上更加可靠，滿足不同生產(chǎn)制作需求。

1.2 雙相鋼

鐵素體基體和第二相馬氏體等共同構(gòu)成雙相鋼，第二相馬氏體是決定雙相鋼強(qiáng)度的主要因素，改善邊緣的抗拉強(qiáng)度，可以有效增強(qiáng)雙相鋼的整體性能。雙相鋼主要產(chǎn)生于冷卻過程中，具有較大的淬透性，此外鉬元素、錳元素、鎳元素和鉻元素的應(yīng)用，也能夠使其淬透性更高。

1.3 多相鋼

在衡量多相鋼性能時(shí)，抗拉強(qiáng)度是一個(gè)重要指標(biāo)，鐵素體組織是多相鋼當(dāng)中的主要構(gòu)成部分，其強(qiáng)度會(huì)由于沉淀的存在而得到提高。合金元素廣泛存在于多相鋼當(dāng)中，此外也包括了沉淀物、鈦和鈮等。當(dāng)達(dá)到800MPa抗拉強(qiáng)度時(shí)，多相鋼會(huì)表現(xiàn)出更高的屈服強(qiáng)度，在吸能性、成形性和殘余變形性等方面，多相鋼的特點(diǎn)尤為突出。

2 先進(jìn)高強(qiáng)鋼的缺陷特點(diǎn)及控制思路

殘余奧氏體組織和鐵素體組織，共同構(gòu)成高強(qiáng)度鋼，其中殘余奧氏體的占比不超過5%，此外還包括了貝氏體和馬氏體等。冷軋產(chǎn)品、熱軋產(chǎn)品和熱鍍鋅產(chǎn)品等，是以先進(jìn)高強(qiáng)鋼為基礎(chǔ)的主要產(chǎn)品類型，在實(shí)踐中會(huì)用到大量的馬氏體鋼、雙相鋼、淬火配分鋼、多相鋼和熱成型鋼等等。其中的合金元素是決定先進(jìn)高強(qiáng)鋼性能的關(guān)鍵，通過連鑄、熱軋、酸軋、連續(xù)退火和鍍鋅等處理，使其表面紋理符合生產(chǎn)需求，促進(jìn)組織結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化。因此，在上述工藝當(dāng)中容易導(dǎo)致先進(jìn)高強(qiáng)鋼缺陷問題的產(chǎn)生，由于工藝的復(fù)雜性較高，因此也會(huì)導(dǎo)致缺陷類型的多樣性及特殊性，產(chǎn)生的機(jī)理作用也有所差異。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn)，對先進(jìn)高強(qiáng)鋼中的缺陷信息進(jìn)行采集和分析，明確先進(jìn)高強(qiáng)鋼缺陷的類型和特點(diǎn)，邊裂和黑點(diǎn)缺陷等十分常見，分別出現(xiàn)在先進(jìn)高強(qiáng)鋼邊緣位置和表面當(dāng)中[1]。定性分析是確定先進(jìn)高強(qiáng)鋼缺陷的主要分析方法，為了提高分析和判斷的準(zhǔn)確性，應(yīng)該采用多種檢測技術(shù)。此外，還要通過缺陷全流程演變規(guī)律的對比實(shí)現(xiàn)最終確定，加強(qiáng)對技術(shù)的改造和生產(chǎn)工藝的改善，有效控制先進(jìn)高強(qiáng)鋼的缺陷問題。

3 先進(jìn)高強(qiáng)鋼的缺陷控制措施

3.1 黑點(diǎn)缺陷

在先進(jìn)高強(qiáng)鋼的表面缺陷當(dāng)中，黑點(diǎn)缺陷最為常見，不僅會(huì)對其外觀造成影響，而且也會(huì)威脅先進(jìn)高強(qiáng)鋼的使用性能。黑點(diǎn)缺陷主要出現(xiàn)在整卷帶鋼當(dāng)中，呈現(xiàn)出氧化色的特征，具有規(guī)律性和固定性的特點(diǎn)[2]。尤其是當(dāng)存在較多的熱軋氧化鐵皮酸時(shí)，會(huì)加劇黑點(diǎn)缺陷問題，應(yīng)該針對該類缺陷實(shí)施電鏡掃描，這對于可視化分析十分重要。為了能夠?qū)邳c(diǎn)的成分進(jìn)行判斷，要結(jié)合具體的缺陷位置和掃描圖像特征。錳元素和硅元素等在先進(jìn)高強(qiáng)鋼中的應(yīng)用較為常見，熱軋氧化鐵皮會(huì)由于硅元素含量的升高而存在于先進(jìn)高強(qiáng)鋼當(dāng)中，基體會(huì)在軋制中有殘留氧化鐵皮的進(jìn)入，酸洗工藝無法完全去除，進(jìn)而引發(fā)了黑點(diǎn)缺陷[3]。因此在對該類缺陷進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)該從其產(chǎn)生的位置和原因入手，實(shí)現(xiàn)對酸洗工藝的全面優(yōu)化。具體而言，可以對酸洗的溫度和酸液的濃度進(jìn)行提高，同時(shí)減緩酸洗的速度，使破鱗機(jī)延伸率得到改善，對于黑點(diǎn)缺陷的預(yù)防效果較好。在某生產(chǎn)過程中，先進(jìn)高強(qiáng)鋼生產(chǎn)工藝改進(jìn)前后的效果如表1所示。

表1 先進(jìn)高強(qiáng)鋼生產(chǎn)工藝改進(jìn)前后的效果

3.2 邊裂缺陷

邊裂缺陷是一種常見的邊部缺陷類型，外觀會(huì)受到連退帶鋼邊裂缺陷的影響，此外翻邊類變形和沖壓等也會(huì)由于邊裂缺陷而受到干擾。在高強(qiáng)度零部件當(dāng)中先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用較多，在成形中需要經(jīng)過輥壓和沖壓等工藝處理，因此只有控制邊裂缺陷問題，才能保障零部件的良好性能。帶鋼邊裂缺陷不會(huì)出現(xiàn)在連續(xù)退火工藝當(dāng)中，往往會(huì)由于酸軋邊裂缺陷所引發(fā)。邊部裂紋往往出現(xiàn)在酸軋工藝過程中，除了該類型的冷硬帶鋼邊裂缺陷外，還包括了遺傳自熱軋帶鋼的邊緣缺陷。連退斷帶和酸軋斷帶等問題，都會(huì)由于上述缺陷的存在而發(fā)生，對于生產(chǎn)工作的效率和質(zhì)量、安全等造成威脅。切邊操作應(yīng)用于連退工藝和酸軋工藝當(dāng)中，通過雙切邊路徑的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)對邊裂缺陷的有效預(yù)防和控制。具體而言，遺傳自熱軋帶鋼的邊緣缺陷會(huì)由于酸軋前的切邊處理而得到控制，防止酸軋斷帶等問題的出現(xiàn)。酸軋中運(yùn)用連退后切邊的方式，也能夠控制邊裂問題，防止成品帶鋼質(zhì)量受到影響，這也是預(yù)防沖壓開裂的有效途徑[4]。在某生產(chǎn)工藝當(dāng)中，采用上述處理措施針對邊裂缺陷進(jìn)行控制，斷帶事故得到消除，沖壓開裂的頻次也逐步下降，其效果如表2所示。

表2 工藝改進(jìn)前后效果

3.3 高強(qiáng)鋼沖壓缺陷

3.3.1 破裂缺陷及控制

高強(qiáng)鋼沖壓缺陷主要分為破裂和起皺兩種缺陷。先進(jìn)高強(qiáng)鋼會(huì)由于沖壓工藝的應(yīng)用而出現(xiàn)破裂，相較于正產(chǎn)加工厚度而言，采用沖壓工藝要求先進(jìn)高強(qiáng)鋼的厚度下降4%～20%左右。如果未能嚴(yán)格控制先進(jìn)高強(qiáng)鋼的厚度，那么會(huì)對零件剛度造成影響，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)出現(xiàn)破裂的問題，主要包括了宏觀破裂和微觀破裂兩種基本形式。其中，很多裂縫或者裂紋等都屬于微觀破裂缺陷，這會(huì)導(dǎo)致零部件的使用性能受到影響，縮短了使用壽命，但是不會(huì)直接造成報(bào)廢；斷裂和裂痕等屬于宏觀破裂缺陷，這是引起零部件報(bào)廢的主要原因。應(yīng)該對不同先進(jìn)高強(qiáng)鋼的種類及特點(diǎn)進(jìn)行分析，包括了馬氏體鋼、熱成型鋼、雙相鋼和多相鋼等等，針對抗拉強(qiáng)度和屈服極限進(jìn)行綜合考量，確保其尺寸和形狀等符合零部件的加工要求。應(yīng)該對生產(chǎn)過程中的流動(dòng)阻力進(jìn)行嚴(yán)格控制[5]。

在某生產(chǎn)工藝當(dāng)中，馬氏體鋼、熱成型鋼、雙相鋼和多相鋼的延伸率分別為2.36%、4.33%、4.94%和2.6%。在缺陷控制中采用沖切工藝可以應(yīng)用于先進(jìn)高強(qiáng)鋼容易出現(xiàn)破裂缺陷的位置，實(shí)現(xiàn)相鄰位置的有效補(bǔ)充。對于褶皺問題的預(yù)防，可以通過拉延筋參數(shù)實(shí)現(xiàn)，然而會(huì)使得流動(dòng)阻力增大，因此應(yīng)該對該參數(shù)進(jìn)行合理控制，防止在較大阻力下引發(fā)破裂缺陷[6]。為了防止在生產(chǎn)中出現(xiàn)干燥的情況，通常會(huì)使用適量的潤滑劑，為了避免使用不規(guī)范引起的破裂，應(yīng)該嚴(yán)格控制使用位置及時(shí)間。

3.3.2 起皺缺陷及控制

起皺缺陷也是在先進(jìn)高強(qiáng)鋼沖壓中的主要缺陷類型，對于零部件的美觀性和光滑性等產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起報(bào)廢問題。在該過程出現(xiàn)的缺陷問題，會(huì)對后續(xù)工藝產(chǎn)生影響，引起資源浪費(fèi)、加大企業(yè)成本投入。較大的局部壓力，是引發(fā)先進(jìn)高強(qiáng)鋼起皺缺陷的直接原因，平衡性和穩(wěn)定性受到干擾。失穩(wěn)起皺和堆積起皺是起皺缺陷的主要類型，其誘發(fā)因素也存在較大的差異。前者主要是由于穩(wěn)定性和平衡性下降而引起，后者則是由于先進(jìn)高強(qiáng)鋼較多而引發(fā)。在針對先進(jìn)高強(qiáng)鋼的起皺缺陷進(jìn)行控制時(shí)，也需要明確實(shí)際缺陷類型和特點(diǎn)。具體而言，應(yīng)該使流動(dòng)阻力得到提高，為沖壓模具當(dāng)中先進(jìn)高強(qiáng)鋼的進(jìn)入創(chuàng)造良好的條件，這是預(yù)防先進(jìn)高強(qiáng)鋼過多的主要措施，能夠避免起皺缺陷。在容易出現(xiàn)起皺缺陷的位置，還可以采用緩蝕劑酸洗液進(jìn)行處理，有助于對多余的先進(jìn)高強(qiáng)鋼進(jìn)行控制。在此過程中，應(yīng)該根據(jù)先進(jìn)高強(qiáng)鋼的類型確定合理的起皺度參數(shù)值，比如在雙相鋼當(dāng)中，橫向Ra和Pc分別為1.305和95，縱向Ra和Pc分別為1.123和177；在馬氏體鋼當(dāng)中，橫向Ra和Pc分別為1.226和120，縱向Ra和Pc分別為1.214和182[7]。

3.3.3 毛刺缺陷及控制

毛刺缺點(diǎn)在先進(jìn)高強(qiáng)鋼的沖壓工藝中在所難免，將其控制在一定范圍之內(nèi)則屬于正?，F(xiàn)象，通常不能超過0.1mm。如果零部件的要求相對較高，那么先進(jìn)高強(qiáng)鋼中的毛刺缺陷則會(huì)對其性能產(chǎn)生影響，比如后續(xù)工序的開展受到影響和焊裝裝配問題等等，無法達(dá)到相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，影響外部美觀性。在沖壓模具和切口附近容易發(fā)生毛刺缺陷，由于零件類型的差異，因此毛刺缺陷的方向也會(huì)不同。如果先進(jìn)高強(qiáng)鋼的硬度較低，那么在沖壓工藝的作用下則會(huì)出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，這是引起毛刺缺陷的主要原因[8]。為此，在生產(chǎn)工作中應(yīng)該考慮到塑性形變和彈性形變情況，明確先進(jìn)高強(qiáng)鋼的基本參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對塑型過程的嚴(yán)格控制。

4 結(jié)語

馬氏體鋼、雙相鋼、多相鋼和高強(qiáng)度鋼等，是先進(jìn)高強(qiáng)鋼的基本類型，在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，能夠有效提升零部件的整體性能。但是，由于黑點(diǎn)缺陷、邊裂缺陷和高強(qiáng)鋼沖壓缺陷等問題的存在，也會(huì)對先進(jìn)高強(qiáng)鋼的性能造成影響，威脅零部件的使用效果，縮短其使用壽命。為此，應(yīng)該對各類缺陷的引發(fā)因素和位置等進(jìn)行全面分析與評(píng)估，確定符合缺陷特點(diǎn)的控制措施。