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钢管知识
最新型汽车构建梁板装置铸成裂缝问题的制约要素(二)
2012-7-13 16:10:42 | 钢管知识 | 关注:815 次

  作为汽车大梁,主要承受较大的静载荷和一定的冲击、振动,因此对它的性能有两方面的要求,一是要具有一定的强度,较好的塑性和韧性;二是由于汽车大梁多是冷冲压成型,冲压中容易产生裂纹,因此要求16MnL具有良好的冲压性能

  3、磷、硫含量的影响

  硫含量对16MnL冷弯性能也有影响,冷弯性能随硫含量的增加呈下降趋势。因为在16MnL钢中,硫大部分以MnS夹杂的形式存在于钢中。MnS是一种塑性夹杂,在轧制过程中,沿钢板伸长方向延展,破坏了钢板横向性能的连续性,使钢板的横向塑性大幅度降低,造成冷弯性能变坏。因此要提高16MnL钢板冷弯性能,必须降低钢中硫的含量。磷能显著地强化铁素体,起固溶强化作用,但却增加冷脆性,降低钢板的冲压成型性能,因此磷的含量也应从严控制。可以看出,涟钢CSP生产的汽车大梁板磷、硫含量的控制较好,磷、硫含量的统计平均值远远低于内控标准,开裂试样的磷、硫含量也很低。

  4金相组织的影响

  通过金相组织观察,发现涟钢16MnL因塑性较差而引起冷成型开裂的材料中,均有较严重的贝氏体组织(B)。在中,曾分析过一块已下料成0.42m宽的大梁板,弯曲时一侧开裂而另一侧不开裂,开裂的一侧金相组织有严重的贝氏体;而不开裂的一侧的金相组织没有贝氏体,尽管有2.5级的魏氏组织,但仍然没有开裂。这说明贝氏体在16MnL冷成型开裂中起了决定性的作用。另外,表3中3#样与2中1#、2#样比较,它们的金相组织均含有贝氏体,但3#样中心还存在严重的碳偏析,其开裂的宏观形貌表现为纵向开裂至中心部位后沿宽度方向扩展、分层,而1#、2#样由于不存在中心偏析,其开裂的宏观形貌仅是纵向开裂向中心扩展,这说明中心偏析的存在对16MnL冷成型开裂起了催化作用。因此16MnL中应防止贝氏体的产生,并减轻中心偏析的程度。

  5结果讨论

  带状组织的影响带状组织严重破坏钢的连续性,使钢各向异性,但通过前面节对带状组织的分析可以看到,只要钢的组织、夹杂、晶粒度等方面正常,带状组织达到3.0级,材料仍能满足使用要求。然而带状组织总是破坏16MnL的横向塑性,因此必须解决或减少带状组织,以提高16MnL冷弯性能。

  为了减轻或消除钢板中的带状组织,在冶炼、轧制过程中,应注意:其一,由于带状组织的产生是枝晶偏析、第二相及夹杂物成层分布造成的。要消除或预防带状组织,应尽量减少或消除原组织中的偏析、细化原组织,因此应尽量低过热度浇注,强化搅拌,促使铸坯中心凝固等轴晶化,提高结晶器二冷段的冷却速度,让低熔点杂质来不及聚集,以减轻成分偏析;并应尽量降低磷、硫含量,减少夹杂物含量及其尺寸。如果钢液过热和浇注温度过高,凝固时将形成粗大的初生晶粒,对枝晶偏析的消除不利。其二,轧制过程中,应采用大变形,尽可能破碎板坯粗大的原始奥氏体组织,同时控制终轧温度,由于过低的终轧温度会促使和加剧带状组织的形成,因此在保证材料性能的前提下,应适当提高终轧温度。而且要提高轧后冷却速度,加速相变过程,以抑制碳从贫锰区向富锰区扩散,使碳原子没有扩散时间,因而带状组织来不及形成。研究表明,轧制钢板的带状组织密度随冷却速度的增加而降低,当冷却速度达到一定值时(临界冷却速度),带状组织会减轻甚至消失。涟钢试轧的16MnL普遍存在较明显的带状组织,应采取低过热度浇注、合理的液芯压下量、终轧温度、冷却速度等措施,以减轻或消除产品的带状组织。

  轧制工艺的影响由于CSP生产工艺的特点,16MnL的强度普遍偏高、带状组织较传统工艺严重。针对上述情况,可提高终轧温度并提高卷取温度,调整层流冷却模式,这样既可使钢材的性能得到改善,抗拉强度和屈服强度下降、塑性提高,又可降低带状组织级别,但过高的终轧温度会使材料晶粒变粗。加快轧后冷却速度,虽可减轻钢板的带状组织,但冷却速度过快,会提高钢板的强度,甚至产生不正常的金相组织,影响16MnL的冷弯性能。从16MnL钢CCT曲线可知,当冷却速度足够快时,组织未能经历珠光体转变区,不能实现“铁素体+珠光体”平衡组织转变。当急冷到550℃左右时,残余奥氏体将向贝氏体转变,从而增加钢板的强度,降低塑性。另外,同样的冷却速度对不同厚度钢板产生的结果也不一样。因此,要提高16MnL冷成型性能,应对不同厚度的钢板采用不同的冷却速度,以达到强度与冷弯性能的互相兼顾。就涟钢16MnL的生产情况看,应注意从以下几个方面控制轧制过程:

  (1)应采取合适的未再结晶变形量。因为CSP采用的是在未再结晶区大变形的控制轧制工艺,这样虽然可提高钢的强韧性,但易加剧带状组织的形成,而带状组织是影响钢板横向冲击性能的主要因素。

  (2)应控制好终轧温度和卷取温度。在保证性能的前提下,适当提高终轧温度,过低的终轧温度会造成钢板性能过高,同时促进和加剧带状组织的形成。

  (3)应控制好轧后冷却速度。较快的轧后冷却速度虽可以加速相变过程,不给碳原子扩散时间,使带状组织来不及形成,减轻甚至消失带状组织,但冷速过大会产生魏氏组织和贝氏体,这将对16MnL冷成型性能产生严重影响。

  二非金属夹杂物的影响众所周知,夹杂物对钢材机械性能的影响是由于它破坏了钢的基体的连续性,引起应力集中,促进裂纹形成。而应力集中的程度与夹杂物本身的大小、形状、性质以及夹杂物在钢的热加工过程中的行为有密切的关系。试验发现,涟钢试制的16MnL钢板中夹杂物主要为硫化物(A)和硅酸盐类(C)夹杂,它们的数量不多,而且大都较为细小,对产品性能影响较少,但有的MnS以长条形存在于钢中。要想从根本上消除夹杂物对16MnL冷成型性能的不利影响,主要是冶炼过程中对钢液的净化,控制好夹杂物的形态和分布。

  在16MnL钢板冷成型过程中,形式各样的表面缺陷对钢板的冷成型性能的影响也是非常大的,就CSP生产线来说,主要有炉辊擦伤,这种缺陷目前尚无彻底解决的办法。笔者曾对一批开裂的16MnL试样进行横向(与轧制方向垂直)和纵向(与轧制方向平行)弯曲实验,然后对弯曲部位的表面形貌进行观察和分析,以检验钢板承受冷弯塑性变形的能力。从表示纵向弯曲和横向弯曲的总体外观形貌上看,金属基体上基本没有肉眼可见的因弯曲变形而产生的严重缺陷,纵向弯曲只是在局部位置隐约可见有似划痕状的微裂纹,横向弯曲在局部位置出现比纵向弯曲多的微裂纹并且有少量裂纹现象出现,这些裂纹都比较浅,同时也比较短,纵向弯曲微裂纹是基本上平行于弯曲方向的,横向弯曲基本上垂直于弯曲方向的,也就是说这些裂纹大都平行于轧向,但也有的与轧向呈一定的角度,不完全是直线状。这些裂纹产生的主要原因是:弯曲时裂纹产生部位由于钢板表面缺陷处受很大拉应力的作用而产生应力集中,如果这些部位拉应力超过钢板强度极限时,就会产生裂纹,这种缺陷就是炉辊擦伤。它弯曲时,虽然局部位置产生的微裂纹或裂纹都比较小,且深度也较浅,类似划痕,对钢板的强度产生的影响不大,同时尽管钢板本身的冷成型性能较好,但汽车大梁板弯曲时不允许产生这种现象,必须予以减轻或消除。目前,涟钢解决的办法是在检修时在均热炉内留一块板坯,借助摩擦力及炉辊冷却后氧化铁皮收缩将其去除,有明显的效果。

  此外还有钢板的残余应力、加工方式等也对16MnL冷成型开裂产生影响,在此不作讨论。

  CSP生产线生产的16MnL冷成型性能的影响因素是多方面的,造成其冷成型开裂的因素主要是:

  (1)冷却不均匀或冷却速度过快以致产生不正常的贝氏体组织。

  (2)碳、锰含量偏高造成其强度过高、塑性较差。

  (3)终轧温度过低或浇注温度过高使材料带状组织较严重。因此应适当降低碳、锰含量,采取低温浇注并适当提高终轧温度和卷取温度,调整轧后冷却模式,防止贝氏体的产生,减轻或消除中心偏析和带状组织,以进一步改善16MnL的冷成型性能。

  (来源:粉末冶金)

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