“疤狀缺陷” 實例分析
案例一：
鑄坯角部橫向裂紋引起的板邊疤狀缺陷
材料名稱：Q345C
情況說明：
一批規(guī)格為1750mm（寬）×230mm （厚）的Q345C連鑄板坯，熱軋成1700mm（寬）×22mm (厚）的鋼板后，板邊出現(xiàn)大量疤狀缺陷，在同批生產(chǎn)的鋼卷中，有缺陷的鋼卷所占的比例高達23.42%, 而規(guī)格為1550mm (寬）×230mm (厚）的Q345C 連鑄板坯，熱軋成1500mm (寬）×22mm (厚）的鋼板后，鋼卷邊部缺陷所占的比例僅占3.09%。缺陷主要出現(xiàn)在鋼板上表面一側(cè)邊部（該側(cè)相當(dāng)于鑄坯內(nèi)弧側(cè)），距側(cè)面50mm的范圍內(nèi)，缺陷多呈“折疊型”薄片狀疤塊沿軋制方向斷續(xù)分布，疤塊形狀和大小不一，一端與正常部位相連，另一端與正常部位分離，宏觀特征見圖1-46。微觀特征：
取鋼板截面試樣觀察，缺陷在截面表層呈裂紋形態(tài)，深度為0.3~0.8mm。高溫長時間氧化的特征十分明顯、裂紋內(nèi)側(cè)有氧化鐵，一側(cè)有大量密集分布的氧化圓點。該類氧化圓點比較粗，放大200 倍下就能觀察到，與軋鋼裂紋周圍細小稀疏的氧化圓點有明顯區(qū)別，它是缺陷附近鋼基經(jīng)高溫加熱氧化的產(chǎn)物。裂紋按形態(tài)分為兩類：一類呈粗大的半網(wǎng)狀（圖1-47) : 另一類呈折疊形態(tài)斜向伸入鋼基（圖1-48) 。經(jīng)試劑浸蝕后，裂紋一側(cè)（出現(xiàn)氧化圓點側(cè)）組織有嚴(yán)重的脫碳（圖1-49)。根據(jù)以上特征初步判斷，缺陷在加熱軋制前就已存在，且位于板坯棱邊部或窄面。
鑄坯檢驗：
基于以上的檢驗和分析，取同爐同批次 Q345C 鋼的連鑄板坯邊部試樣作酸浸檢驗，試樣保留原始面。檢驗結(jié)果表明鑄坯側(cè)邊上角部（對應(yīng)內(nèi)?。┐嬖诖罅繖M向裂紋，裂紋具有呈網(wǎng)狀分布的趨勢，兩端分布向?qū)捗婧驼鏀U展，長度一般為7~30mm, 最長的45mm, 裂紋較細，寬度小于0.5mm, 裂紋多分布于振痕谷底，宏觀形貌見圖1-50。取鑄坯內(nèi)弧角部裂紋試樣于光學(xué)金相顯微鏡下觀察，裂紋呈粗大的網(wǎng)絡(luò)狀分布，說明裂紋是沿著原奧氏體晶界裂開的。裂紋內(nèi)嵌有氧化鐵，附近無非金屬夾雜物，亦無氧化圓點，見圖1-51。經(jīng)試劑浸蝕后，角部有一層深度約8mm的非正常組織，該層組織為貝氏體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，角部裂紋沿鐵素體分布（圖1-52) 。高倍下可以觀察到裂紋穿過鐵素體晶粒（圖1-53) , 說明裂紋是在鐵素體晶粒形成之后產(chǎn)生的。
鑄坯鉆孔軋制驗證：
為驗證以上判斷，找出鑄坯缺陷與熱軋鋼板邊部缺陷的對應(yīng)關(guān)系，在Q345C 鑄坯試樣上做預(yù)制裂紋鉆孔試驗，孔徑均為Φ10mm, 孔深為20mm。鉆孔后的鑄坯按相同工藝熱軋成22mm 厚的鋼板。鑄坯鉆孔與鋼板缺陷的對應(yīng)關(guān)系見表1-3。表1-3 鑄坯鉆孔與鋼板缺陷的對應(yīng)關(guān)系
表1-3 中鑄坯棱邊附近的1號、2號鉆孔，經(jīng)熱軋后在板面上的邊部形成縱裂紋，該裂紋和上述板邊的疤狀缺陷處于相對應(yīng)的部位，說明熱軋板邊部疤狀缺陷來源于鑄坯上表面棱邊部。在上述鋼板縱裂紋部位取橫截面金相試樣進行顯微觀察，裂紋伸入鋼基后沿板寬方向擴展，其內(nèi)嵌有氧化鐵，周圍存在氧化脫碳，氧化圓點特征與鋼板疤狀缺陷處的氧化圓點基本相同（圖1-55) 。
從以上結(jié)果可以看出，帶有缺陷的鑄坯經(jīng)高溫加熱和軋制后，由于沿缺陷縫隙內(nèi)氧化的結(jié)果。在缺陷處形成由氧化鐵和密集分布的氧化圓點組成的氧化層，該氧化層在鋼基中似一夾層，在軋制時不能被軋合，遺留在鋼板表面便成為裂紋缺陷。高溫氧化試驗：
為判定連鑄板坯角部裂紋形成的工序環(huán)節(jié)，開展了高溫氧化試驗。取Q345C 鋼板還角橫裂試樣5件，放入無保護氣體的箱式爐內(nèi)。分別在1250T℃、1100℃、1000℃、900℃和850℃溫度下加熱，保溫 30min 取出，然后磨制試樣進行金相觀察，結(jié)果列于表1-4。表1-4 裂紋周國氧化圓點特征
從表1-4 可以看出，在一定的保溫條件下，裂紋附近氧化圓點的形成溫度在900℃及更高溫度，隨溫度的升高，氧化圓點數(shù)量增多，尺寸變粗，而850℃的高溫試驗未發(fā)現(xiàn)氧化圓點。由此判斷，鑄坯角部裂紋應(yīng)該在900℃以下的溫度范圍形成。鑄坯測溫結(jié)果：
對澆鑄Q345C 鋼時的二冷段矯直區(qū)溫度和出鑄機處的溫度進行了測試，結(jié)果見表1-5。
表1-5 Q345C鋼鑄坯測溫結(jié)果
鑄坯測溫結(jié)果表明，板坯越寬，則角部溫度低于寬面越多。
分析判斷：
上述檢驗結(jié)果表明，Q345C熱軋鋼板邊部疤狀缺陷是由連鑄板坯角部橫裂紋經(jīng)加熱軋制演變成的。鑄坯角部橫裂紋處未發(fā)現(xiàn)氧化圓點，根據(jù)高溫氧化試驗結(jié)果分析，裂紋應(yīng)在900℃以下形成，即該裂紋的形成不是在結(jié)晶器內(nèi)（因結(jié)晶器坯殼溫度約為1200℃) , 而是在二冷段。鑄坯測溫結(jié)果表明，1750mm 寬板坯在二冷段矯直區(qū)及出鑄機處其角部溫度比大面低，該溫差比寬面為1550mm 的板坯大，表明板坯越寬則角部溫度低于寬面越多，造成寬板坯在矯直區(qū)產(chǎn)生的角部橫裂紋率高于窄板坯。板坯寬面和角部溫差大，造成寬面和角部組織不同，鑄坯寬面組織為鐵素體和珠光體；而角部組織為貝氏體和沿奧氏體晶界分布的鐵素體，這種組織是在兩相區(qū)（γ+α) 溫度快冷形成的。在（γ+α) 兩相區(qū)，初生鐵素體網(wǎng)膜沿γ晶界形成，由于高溫下α 的強度遠低于γ 的強度，在矯直張力的作用下，引起沿晶破壞。根據(jù)以上檢驗結(jié)果和分析，建議澆鑄Q345C寬板坯時，采用弱的二冷制度，提高板坯，尤其是板坯邊角部的溫度，以防止角部橫裂紋的發(fā)生。
鋼板裂紋實例分析
案例一：
稀土氧化物夾雜引起的裂紋
材料名稱：DB685
情況說明：
厚度為40mm的 DB685 熱軋鋼板，板面出現(xiàn)數(shù)量較多的小裂紋（圖1-17) 。
化學(xué)成分：取鋼板裂紋試樣作化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，％） 分析，結(jié)果見表1-1。
表1-1 鋼板化學(xué)成分（w/%)
微觀特征：
用金相顯微鏡觀察鋼板縱截面試樣，裂紋分布在試樣表層，多呈樹枝狀沿變形最大方向擴展，裂紋處除氧化鐵外，還存在大量聚集分布的灰色顆粒狀夾雜物，見圖1-18和圖1-19。
圖1-18 鋼板表層樹枝狀裂紋及夾雜物
用電子探針背散射電子像觀察，裂紋處的夾雜物呈白色顆粒，能譜儀分析結(jié)果表明，夾雜物為鑭（w (La) =33. 30%) 和鈰（w (Ce) =52. 03%) 的氧化物，見圖1-20和圖1-21。分析判斷：
鋼板表層存在大量聚集分布的稀土（Le、Ce) 氧化物，這些夾雜物破壞了鋼的連續(xù)性，導(dǎo)致鋼板熱軋時表面產(chǎn)生裂紋。鋼中加入稀土的作用是凈化鋼液、夾雜物變性、微合金化等。通過結(jié)晶器喂稀土絲的方式加人。當(dāng)稀土加入量相對過高及加入方式不當(dāng)時，致使稀土金屬富余，富余的稀土金屬在高溫過程中會被氧化，形成高熔點的聚集分布的稀土氧化物夾雜。鑄坯中間裂紋引起的板面橫裂
材料名稱：50號鋼
情況說明：
一批50 號鋼連鑄板坯（坯厚250mm) , 軋制成厚度為85mm的鋼板后，在鋼板的下板面（即原鑄坯的上表面）出現(xiàn)大量長短不一的橫向裂縫，裂縫幾乎布滿整個板面。宏觀特征見圖1-25和圖1-26。
酸蝕檢驗：
取鋼板縱截面低倍試樣作熱酸蝕檢驗，鋼板內(nèi)部有嚴(yán)重的裂紋。裂紋位于板面與中心之間，形狀不規(guī)則，多呈曲線狀，其中靠近下板面一側(cè)的裂紋距板面較近，有的已暴露，見圖1-27 。另外，從酸蝕面上還可以看到鋼板枝晶較發(fā)達。微觀特征：
取截面金相試樣進行顯微觀察，主裂紋附近有一些呈網(wǎng)絡(luò)狀分布的細裂紋、孔貌及 MnS 夾雜物（圖1-28）。
圖1-28 裂紋區(qū)域孔隙及MnS夾雜物
試樣用3%硝酸酒精溶液浸蝕后，正常部位組織為珠光體和網(wǎng)狀鐵素體。與之相比，裂紋區(qū)域珠光體量多且組織粗大，裂紋和孔隙多沿原奧氏體晶界分布，見圖1-29, 根據(jù)組織特征判斷，裂紋區(qū)域碳含量偏高（接近0.7%) 。試樣經(jīng)磷偏析試劑（即奧勃氏試劑）浸蝕后，裂紋區(qū)域呈白亮色（圖1-30) 。用電子提針對金相磨面上的白亮區(qū)和非白亮區(qū)進行成分（質(zhì)量分數(shù)，％） 對比分析，結(jié)果列于表1-2。表中白亮區(qū)w (P) 高達0. 22%, 說明白亮區(qū)為磷的強偏析區(qū)。表1-2 試樣白亮區(qū)和非白亮區(qū)成分對比（w/%)
分析判斷：
50號鋼鋼板下表面出現(xiàn)的大量橫向裂紋是由內(nèi)部裂紋在熱軋過程中暴露所致。該裂紋位于板面與中心之間，相當(dāng)于原鑄坯的柱狀晶區(qū)，裂紋處伴有C、P. S元素的偏析。這此特征與鑄坯中間裂紋相類似，因此可判斷裂紋是由鑄坯帶來的，且屬連鏈板坯中同裂紋。
案例三：
軋制原因引起的板面橫裂紋
材料名稱：SPHC
情況說明：
SPHC 連鑄板坯、熱軋成厚度為3mm的鋼板后，上板面出現(xiàn)間隔幾乎相等的周期性橫向微裂紋。用過硫酸銨水溶液擦拭板面后，裂紋特征更加明顯，呈曲線狀分布，見圖1-38。微觀特征：
裂紋在鋼板縱截面表層呈雙條對稱分布、附近無高溫氧化特征，見圖1-39。經(jīng)試劑浸蝕后，試樣正常部位組織為鐵素體和少量三次滲碳體、晶粒度為10級，裂紋兩側(cè)的晶粒存在差異，一側(cè)晶粒較細，晶粒度為11級：另一側(cè)晶粒與正常部位基本相同、晶粒度為9. 5級，見圖1-40。
分析判斷：
裂紋在板面上的分布具有周期性，在縱截面上是雙條對稱分布、附近無高溫氧化特征，表明裂紋是在軋制過程中形成的折疊缺陷。
（文章來源：每天學(xué)點熱處理；作者：曙光）
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