SWRCH22A 螺栓冷镦开裂原因分析及改善措施

王扬发， 农之江， 吴德兴

（宝武集团广东韶关钢铁有限公司， 广东 韶关 512123）

冷镦螺栓作为常用紧固件，广泛应用于汽车、机械、建筑、轻工等行业。国内某金属加工厂生产的SWRCH22A 螺栓的加工工艺为：机械剥壳→粗拉→退火→酸洗磷化皂化→精拉→冷镦成型。使用Φ6.5 mmSWRCH22A 高线盘条拉拔至Φ3.35 mm 成品钢丝打制螺栓，出现螺栓头部开裂质量问题。取开裂螺栓进行检测，分析开裂原因，并提出改善措施。

1 生产工艺

冷镦钢SWRCH22A 的生产工艺流程如下：高炉铁水→脱硫处理→转炉冶炼→吹氩→LF 炉处理→连铸→铸坯检查→铸坯下送→方坯验收→方坯加热→高线轧制→斯太尔摩控冷→散卷收集→盘卷表面质量检测→包装打捆→称质量入库。该钢种的化学成分见表1。

表1 SWRCH22A 冶炼化学成分 %

2 检测过程与结果

2.1 宏观分析

采用体视显微镜对13 支SWRCH22A 螺栓样品进行观察。

13 支螺栓头部开裂对应的螺杆部位均存在长条线状缺陷。由此推测，螺栓冷镦开裂是由于螺杆表面线状缺陷在冷镦过程扩展导致，见图1。

2.2 金相检测

选取开裂程度较严重的螺栓取头部开裂对应杆部横向样进行金相检测。

螺杆基体组织为粒状珠光体。

螺栓头部开裂对应杆部线缺陷在金相下有深约128 μm 的裂纹，裂纹呈弯曲状向内延伸，裂纹内含灰色夹杂，见图2 和图3。

图1 螺栓头部开裂形貌（100×）

图2 开裂对应杆部裂纹形貌（未腐蚀，500×）

图3 开裂对应杆部裂纹形貌（腐蚀，500×）

2.3 电镜能谱检测

对金相下发现的裂纹内灰色夹杂进行电镜能谱检测。

试样裂纹内灰色夹杂物成分均主要为Fe、O、Ca、Si、F、Mn、Na、Cl、Al 等，成分列见下页表2，能谱图见图4。

图4 螺栓裂纹内夹渣电镜能谱图

表2 螺栓裂纹内夹渣成分列表 %

3 原因分析

3.1 金相检测分析

检测结果显示，螺栓头部开裂位置对应杆部存在纵向长条线缺陷，由此推测，螺栓冷镦开裂是由于杆部纵裂在冷镦过程中扩展导致。所选取的螺栓杆部线缺陷在金相下有最深约128 μm 的裂纹，螺栓的裂纹呈弯曲状向内延伸。

3.2 电镜能谱检测分析

在钢水冶炼过程中，向结晶器钢水面上添加保护渣，是为绝热保温、防止钢液二次氧化、吸收上浮夹杂、防止凝壳与铜板粘结、改善结晶器传热。连铸结晶器保护渣是连铸过程中使用的合成渣，其成分主要包含CaO、SiO2、Al2O3、Na2O、CaF2、C 等。浇注过程中，当结晶器液面波动较大，浸入式水口插入较浅，钢液面翻动会把渣子卷入形成铸坯夹渣[1-3]。

能谱显示螺栓裂纹内灰色夹杂物成分主要为Fe、O、Ca、Si、F、Mn、Na、Cl、Al 等，主要为保护渣成分。从夹杂物的成分来看，裂纹内夹渣为连铸保护渣卷入导致。

4 结论

螺栓冷镦开裂的主要原因为螺杆部位存在较深裂纹，从裂纹形貌及裂纹内夹杂成分分析，裂纹均来源于铸坯缺陷，螺栓可能与连铸卷渣有关，卷渣带入的夹杂在轧制过程未能焊合形成断续向内延伸的裂纹。

针对连铸卷渣问题，结合保护渣物化性能及钢种特性，开展保护渣优化试验，降低连铸卷渣的风险。

采取措施后通坯料抛丸检验，坯料表面细小渣坑问题有明显改善。