吳海林 李宗強 葉姜

（技術中心）

摘要：檢測分析認為DC03 冷軋鋼帶沖壓開裂的原因是存在大型脆性夾雜物，提出改進冶煉連鑄工藝的建議。

關鍵詞： DC03冷軋鋼帶；沖壓開裂；脆性夾雜物

1 前言

DC03 屬于沖壓用冷軋鋼帶，具有低屈服強度、高延伸率的特點，一般用于沖制汽車零部件以及電器產品零部件等。沖壓開裂是DC03 冷軋鋼帶使用過程中存在的主要失效形式之一，其不僅影響用戶的生產制造，還會給鋼鐵廠的信譽帶來嚴重影響。本文針對柳鋼DC03 冷軋鋼帶沖壓開裂現象，分析沖壓開裂原因，提出防治措施，可望實施改進。

2 檢驗及結果

用戶使用柳鋼DC03 冷軋鋼帶下料沖制零件，主要工藝流程為：下料———鉆孔———沖壓。零件經沖壓后在鉆孔處發生開裂。取開裂部位試樣進行化學成分、力學性能、金相+ 掃描電鏡分析，檢測結果表明：DC03 冷軋鋼帶的化學成分、力學性能、金相組織均良好，符合相關技術標準協議要求。但在試樣開裂位置和正常位置均檢測到大型非金屬夾雜物。非金屬夾雜物數量較多，沿軋制方向呈點鏈狀延展分布，部分夾雜物延展長度達到15 mm 左右。能譜掃描結果表明：夾雜物主要含有Mg、Al、Ca 等元素（見表1），屬于鎂鋁尖晶石、鈣鎂鋁酸鹽的復合夾雜物，其中大部分為鎂鋁尖晶石夾雜物，另有少部分鈣鎂鋁酸鹽夾雜物。

3 分析與防治

3.1 原因分析

DC03 為鋁鎮靜鋼，鋼液中A1 含量影響鋼中鎂鋁尖晶石夾雜的形成和轉化。當鋼中A1 含量比較高（w 鋼（A1）：0.01%～0.04%） 時，會形成MgA1₂O₄ 夾雜^[1]。渣中CaF₂ 對MgA1₂O₄ 夾雜物的形成作用也比較大，無論鋼中A1 含量高或者低，渣中加入CaF₂ 都生成了許多MgA1₂O₄夾雜^[1]。這可能是由于CaF₂ 侵蝕包襯，使MgO進入了鋼液中，導致MgA1₂O₄ 夾雜的生成更加容易。渣系的堿度較高時，隨著A1₂O₃ 的增加，MgO 的有效濃度會增加，鋼中Mg 也相應地會增加；而在渣系堿度較低時，隨著渣中A1₂O₃ 的增加，MgO 的有效濃度會降低，鋼中Mg 會降低^[2]。若渣系堿度更高，渣中游離的CaO 也會被Al 還原成Ca，進而Ca 又被氧化成CaO，與MgO 和A1₂0₃ 生成含CaO 的鎂鋁尖晶石夾雜物^[3]。

夾雜物中的MgO 主要來源途徑為爐渣中的MgO 和堿性包襯。董履仁和劉新華[4]在專著里指出非金屬夾雜物中MgO 來自堿性爐渣時，夾雜物中同時會含有CaO，且MgO質量分數不超過5%，如果MgO來自耐火材料則其質量分數遠高于5%。從能譜結果看，MgO 質量分數遠遠高于5%，判定夾雜物中的MgO 主要來源于堿性耐火材料包襯。轉爐廠所用大包的包身內襯為MgO·A1₂O₃ 質耐火材料，包底內襯為MgO-C 質耐火材料，中間包內襯為MgO 質耐火材料。受鋼水對包襯不斷侵蝕的影響，大包或者中間包耐火材料極有可能脫落進入鋼水中，與A1₂O₃ 結合生成鎂鋁尖晶石夾雜物。

鎂鋁尖晶石夾雜物熔點較高（2 135 ℃），容易在大包長水口或中間包下水口處沉積結瘤，脫落后隨鋼水凝固而在鑄坯中殘留，經軋制輾壓后，破碎形成點鏈狀的夾雜物。一方面，大量點鏈狀鎂鋁尖晶石夾雜物的存在破壞了DC03冷軋鋼帶基體的連續性，嚴重降低其塑性；另一方面，鎂鋁尖晶石屬于脆性不變形夾雜物，與基體的熱變形能力差異大，經熱軋、冷軋后易在夾雜物與鋼基體的交界面處形成空隙或裂紋。用戶加工使用時，夾雜物在瞬時沖壓應力的作用下，會成為裂紋源，直接引發DC03 冷軋鋼帶的開裂失效。

3.2 防治措施

（1） 選用優質的大包、中間包耐材，提高砌包質量，并適當減少使用包齡，降低耐材侵蝕的幾率。

（2） 控制鋼水溫度穩定性和澆注順行，減少因鋼水溫度高、澆注紊流對包襯的侵蝕。

（3） 選用“低堿度+ 高A1₂O₃”鋼包渣系，適當減少鋼中Al 含量，以減少鋼中鎂鋁尖晶石夾雜物生成量。合理控制鋼包頂渣，使石灰自然化透，減少或不使用CaF₂ 化渣。

4 結語

（1） DC03 冷軋鋼帶中數量較多的脆性不變形鎂鋁尖晶石夾雜物是引起沖壓開裂的主要原因。

（2） 減少鋼中鎂鋁尖晶石夾雜物的防治措施有：選用優質大包、中間包耐材、壓縮包齡；控制鋼水溫度穩定性和澆注順行；選用“低堿度+ 高A1²O₃”渣系，適當減少鋼中Al 含量，盡量減少或不使用CaF₂ 化渣。

參考文獻

1 繆新德，于春梅，石超民，等．軸承鋼中鈣鋁酸鹽夾雜物的形成及控制．北京科技大學學報．2007，29(8)：771～774

2 于春梅，繆新德，石超民，等．軸承鋼中鎂鋁尖晶石夾雜物行為研究．北京科技大學學報，2005，27（增）：37～40

3 姜錫山. 連鑄鋼缺陷分析與對策. 北京：機械工業出版社，2011. 69

4 董履仁，劉新華. 鋼中大型夾雜物. 北京：冶金工業出版社，1991. 101