杨成鑫

（厦门海洋职业技术学院，福建 厦门 361102）

由于冷镦钢具有很好的可塑性，要求在受力后可以产生较大的变形量，且承载后变形速度要快，所以要求冷镦钢应具有很高的压力加工性能和力学性能。对于要求更高的此类零配件一般都是采用进口材料，国产冷镦钢则由于产品质量不足或不稳定，经常在加工或使用过程中发生表面开裂。本文通过研究冷镦钢在加工或使用过程中常见的开裂原因，并针对性的给出改进的意见，希望可以促进质量的改进。

1 冷镦钢的质量问题分析

1.1 化学成分

1.1.1 碳含量

冷镦钢的碳含量对其韧性有很大影响，如果碳含量超过标准，则在加工过程中容易破裂，因为碳含量过高则形成的片状珠光体越多，片状珠光体对钢的塑、韧性具有不利的影响。所以，在生产过程中，应根据标准要求严格控制冷镦钢的碳含量。

1.1.2 其它元素

硫和磷是钢中的有害元素，分别导致钢的冷、热脆性。随着钢中氮含量的增加，钢的强度，硬度和脆性增加，但成形性和韧性显着降低，可焊性劣化。另外，氢是钢中白点的根本原因，钢中的这些白点（小裂缝）引起氢脆化；氧在钢中主要以氧化物的形式存在，随着金属氧化物含量的增加，钢的塑性和韧性显着下降，此外，如果钢水的脱氧性差会导致连铸坯中的皮下气泡和表面孔隙增多，严重影响钢的质量[1]。

硅通常作为脱氧剂添加到钢中，少量的硅会增加钢的强度，但是大量的硅会对钢的形状和韧性产生不利影响。锰可以减少硫的有害影响，提高材料的热加工性能。同时，锰将提高钢的强度，硬度和淬透性，增强加工硬化，从而降低材料的可塑性。铝在高温下容易氧化，形成有害杂质，降低钢的机械性能；同时，铝可以阻碍晶粒长大，提高韧性，改善冷镦钢的整体性能，并减少扭转过程中的应变老化，因此，应适度控制。

最后，其它大部分合金元素会增加钢的强度和韧性，从而影响钢的加工性能，因而，这些合金元素的量应取决于钢的不同加工用途。

1.2 夹杂物

钢中主要有害夹杂物是非金属夹杂物，它们的存在不仅大大降低了钢的强度和韧性，而且容易引起腐蚀和疲劳破坏，并影响钢的微观结构。因此，应采取各种措施去除钢中的非金属夹杂物，使残余的夹杂物尽可能分布均匀[2]。

1.3 晶粒大小

钢的晶粒越细，其变形越均匀，断裂前具有很大的断后伸长率和断面缩收率，还可吸收更多的能量，提高钢的韧性。并且，晶粒越细晶界面积越大，晶界可以阻碍裂纹的扩展。因此，钢的晶粒越细，其综合力学性能越好，对压力加工越有利。对于已形成粗晶粒的冷镦钢来说，可以通过正火或调质来细化晶粒。

1.4 组织组成

冷镦钢的铸态组织为铁素体和片状珠光体，而片状珠光体会增加冷劈裂倾向，对冷镦钢成型性和压力加工性明显不利，因此，一般要通过调质或正火将片状珠光体转化成颗粒状或细片状，这样不但对压力加工有利，也有利于钢的综合力学性能。另外，冷镦钢在铸造和热轧后容易形成带状组织，而带状组织会降低垂直于轧制方向的伸长率、断面收缩率以及冲击韧性，因此，需要通过一定的方法来消除或减轻，如扩散退火、电渣重熔、快速结晶、增大锻造比等方法。

1.5 表面质量缺陷

裂纹、皱纹和划痕是冷镦钢的主要表面缺陷，如果冷镦钢中存在表面缺陷，则在加工过程中容易引起应力集中，并且促成冷锻裂纹的形成和扩展。因此，要求冷镦钢表面应光滑，这就需要进一步要求冷镦钢在铸造和轧制过程中要严格控制生产工艺[3]。此外，表层脱碳也可视为一种表面质量缺陷，其容易造成表层强度降低、疲劳破坏加快，所以在轧制过程中应制定可靠的预防措施来减小脱碳厚度。

2 冷镦钢的质量控制策略

2.1 冶炼阶段

提高冷镦钢冶金质量的主要措施有以下几个方面。

（1）炼钢过程中，必须控制化学成分的均匀性和稳定性，减少炉膛之间的化学成分差异，可以利用LF炉的成分精调技术，精确控制每次浇筑的各种化学成分含量，通过对连铸技术标准的控制，保证钢坯成分的均匀性，并且有效缩小偏析成分。

（2）对于新炉、补炉和新包炼炉都禁止马上用来熔炼冷镦钢，这样容易产生炉渣，影响冷镦钢的冶金质量；通过洁净化处理和浇注保护来控制夹杂物数量和夹杂物颗粒大小；通过精炼或外部热处理，可以有效地除去钢中的硫、磷、氧和氢等有害元素，并且可以将氮和铝的含量控制在适当的范围内。另外，通过对原辅材料的严格管理，LF炉精炼和VD优化操作，也可以有效控制氢、氧、氮的含量和夹杂物的形成。

（3）严格控制炉温和加热时间，防止坯料在炉内过高或过长，导致奥氏体粗大，影响成品晶粒度，优化冷轧控制工艺，保证颗粒状珠光体组织的绝对数量。另外，可以采用M-EMS控制技术，以及先进的冷却技术，来改善铸坯的疏松、偏析、裂纹、晶粒度细化等组织问题，从而提高等轴晶比率，最高可达72%。

2.2 连铸阶段

必须在连续铸造中控制钢渣和内、外部缺陷。例如，正确控制吹渣过程和转炉下渣量，采用复合脱氧技术，使钢中的氧含量降低；采用碱性中包覆盖剂，既可有效降低钢水的二次氧化，又可去除钢中夹杂物[4]；另外，在生产中，采用全保护铸造，确保长喷嘴的Ar密封和浸入式喷嘴的良好密封，使浸入式喷嘴严格集中在铸模中，可以有效防止二次氧化。

此外，在连续铸造时，需要减轻枝晶偏析程度，它是由合金的冷却速度及偏析元素的扩散能力等因素决定的，可以通过加快冷却速度，采用变质处理来细化晶粒以缩小晶内偏析的范围；另外，也可以选择一些适当的添加剂来改变合金结晶性质，降低偏析程度。

2.3 轧制准备阶段

轧制前，沟槽表面应严格检查和清洗，以保证冷镦钢表面质量，并且加强钢坯检查和炉前质量检查，防止表面质量问题的钢坯进入下一道工序，最后还要选择合适的轧辊和变形均匀的轧制系统，保证冷镦钢表面质量，减少裂纹的产生。

2.4 轧钢阶段

轧钢时，要求加热温度需均匀，截面温差小于30℃，以防止板坯过热，并有效控制脱碳层厚度；选择合适的加热温度（大约940±20℃）、保温时间和炉内气氛，防止温度过高、时间过长而形成粗晶粒降低机械性能，减少表面烧损和脱碳；选择合适的冷却速度即轧制完成后冷镦钢保持一定传送速度（可看作流动空气中冷却），这样有利于获取细片状珠光体，减少残余应力；控制钢的冷却参数，以确保将温度精确控制在±10℃范围内，从而使产品具有良好的微观结构和机械性能；使用延迟冷却，使奥氏体充分进行分解转变，以便得到合适的铁素体和珠光体晶粒，提高冷镦钢的强度，降低钢内残余应力，保持塑、韧性最佳状态。另外，减少压力加工次数，以获得组织均匀的细晶粒冷镦钢，使其具有良好的综合力学性能。

3 结束语

我国冷镦钢在多年的生产制造过程中取得了一定的成果，但相对于欧美、日本这些国家来说，还有一定的差距，所以在以后的研究和应用中还有很多工作要做，本文简要提出几点建议。

（1）根据冷镦钢的使用特点和质量要求，制定对应的冶炼工艺和轧制规程，并严格控制各种质量和技术标准。

（2）借鉴国内外先进的生产经验，修正不足或错误的生产方式方法，并通过后期的研发与实践，优化各项生产工艺及其他生产要素，提升冷镦钢的性能和使用寿命。

（3）与其他先进企业、研究单位或机构合作，攻坚各种质量和技术难题，研发新型工艺、设备、材料和标准，以生产更高品质的冷镦钢。