改善焊瓶钢HP295 冲压性能的生产实践

王世海

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心，山西 太原030003）

焊接气瓶在生产过程中，需要经过冷冲压变形，某用户在使用太钢焊瓶钢HP295 过程中，出现了废品率偏高问题，废品率达到4.3%，主要表现为冲压开裂。从夹杂物水平和力学性能入手分析冲压开裂原因，通过针对性地调整成分和生产工艺，使夹杂物水平和屈强比降低，材料的加工性能改善，大幅降低了冲压开裂率。

1 开裂材料测试分析

1.1 夹杂物分析

夹杂物是影响材料冲压性能的关键因素，在光学显微镜下可以看出，在裂口附近沿轧制方向有大量长度20～40 μm 的A 类夹杂物（见图1-1），其他夹杂物级别均小于0.5，在电子显微镜下观察（见图1-2）和能谱分析（见图1-3），确定夹杂物为MnS。

图1 开裂试样的夹杂物分析

使用化学法对开裂试样进行了化学成分分析（见表1），结果显示化学元素w（S）达到0.011%，接近内控值0.012%的上限，容易导致A 类夹杂物产生。

表1 开裂试样化学成分

1.2 力学性能分析

对开裂试样进行了力学性能检测（见表2），各项指标虽然符合国标要求，但屈强比偏高，延伸率也不理想，不利于材料的冲压性能[1]，有进一步改善的空间。分析降低材料屈强比途径，可参照如下Pickering 公式：

式中：w（Mn）、w（Si）和w（Nf）分别为钢中Mn 元素、Si元素和自由氮的质量分数；SP%为珠光体面积的百分比；d为铁素体的晶粒尺寸，mm。

表2 力学性能对比

根据Pickering 公式可知，屈服强度和抗拉强度均与铁素体晶粒尺寸成反比，但屈服强度受铁素体晶粒尺寸影响更为显著[2]，即随着铁素体晶粒尺寸的增大，屈强比会降低[2]。因此，可以调整生产工艺，适当增加铁素体晶粒尺寸，降低屈强比。

2 改进措施

2.1 提高钢质纯净度

为了使材料具有良好的冲压加工性能，必须提高钢质的纯净度，控制钢中夹杂物的尺寸和数量[3]。针对性地调整了化学成分w（S）的冶炼控制上限值，由0.012%调整为0.007%，达到减少A 类夹杂物的目的。

2.2 优化层流冷却模式

太钢生产HP 295 采用全长层流冷却，为了减少层流冷却水量，卷取温度由650 ℃提高至680 ℃。通过减少层流冷却开始阶段的水量，一方面减小了先共析铁素体析出阶段的冷速，过冷度减小，使铁素体形核率下降；另一方面推迟了共析转变的开始时间，使先析出的铁素体有更多长大机会。以上两个因素均能使铁素体晶粒尺寸增大。

3 改进效果

3.1 力学性能

对新工艺生产的钢卷进行了力学性能检测（见表2），与冲裂的试样相比，新工艺的屈强比和屈服强度降低，延伸率提升，有利于改善材料的冲压性能。

3.2 金相组织

通过对比新工艺和开裂试样的500 倍金相组织，新工艺试样的铁素体尺寸（见图2-2）明显大于开裂试样（见图2-1），新工艺的夹杂物水平也有改善明显（见图2-3）。

图2 金相组织对比

4 结论

1）提高钢质的纯净度，降低化学元素S 的含量，是降低焊瓶钢HP 295 中A 类夹杂物等级的有效手段。

2）通过适当提高卷取温度，减少层流冷却开始阶段的水量，可以增加铁素体晶粒尺寸，从而降低屈强比。

3）经过优化化学成分和生产工艺，用户使用新工艺的产品后，冲压废品率由4.3%降低到1%以下，满足了用户的需求。