45_圆钢表面裂纹原因浅析_吴晖

图 2 开裂处显微组织
图 1 用户锻打开裂
2 检验方法及检验批次 除正常生产检验外, 针对 45# 钢增加了连铸坯表 面酸洗、连铸坯低倍试验、钢材的表面酸洗、钢材的塔
检验项目及批次见表 1。 3 检验情况及初步分析 将鄂钢棒材厂一车间和二车间生产的圆钢取样 500mm, 进行表面酸洗后观察钢材表面, 发现有 4种典型 的表面裂纹缺陷, 现以 4个典型试样进行如下分析。 1) 1# 5 75mm 圆钢 表面有多条肉眼 可见纵向的细 小裂纹, 长 度在 5mm ~ 30mm 不等 ( 图 3); 横向高倍观察, 试样周边有 多条裂纹, 裂纹最深有 0150mm, 组织为 F + P, 裂纹两 侧有明显的氧化脱碳及高温 氧化原点现象 ( 图 4 )。 所谓氧化圆点是指在较高温度下缺陷中氧化铁前沿 氧扩散、析出的结果。这些析出物呈固态, 典型尺寸
图 9 5 28mm 圆钢表面裂纹
4 裂纹原因分析 从上述可知, 1# 、2# 试样是铸坯上有缺陷, 在轧制 后形成裂纹; 3#、4#试样是在轧制过程中形成裂纹。 4. 1 连铸坯表面质量缺陷对裂纹的影响 在检验连铸坯低倍质量中发现, 连铸坯表面有针 孔状的缺陷、皮下气泡、表面裂纹等, 针孔和皮下气泡 分布在连铸坯的外表面及皮下, 分布面广, 数量多, 其 直径在 015~ 2mm 之间; 表面裂纹缺陷是在钢坯的表 面有纵向裂纹, 深 3~ 5mm 之间 (图 11) 。 连铸坯缺陷在轧钢加热炉中的高温下, 暴露于空气 中会被氧化, 在随后的轧制过程中缺陷延伸在钢材表面 形成细小的裂纹, 此类裂纹在显微镜下观察裂纹内和裂 纹尾部有高温氧化产物, 裂纹两侧有明显的脱碳。 4. 2 连铸坯外来夹杂产生的裂纹 连铸坯中外来夹杂物 ( 图 12) 的产生途径有: 耐 火材料剥落进入钢水中; 保护渣卷入钢水中。该外来 夹杂破坏了钢的基体连续性, 引起应力集中, 导致裂 纹的形成, 当连铸坯中大量 的外来夹杂物附 集在皮 下, 在轧钢加热炉中未暴露于空气, 在随后的轧制过 程中夹杂物轧出钢材表面形成裂纹, 此类裂纹在显微 镜下观察裂 纹内填充有外来夹杂 物, 裂纹两 侧无脱 碳, 裂纹附近有大量的外来夹杂物。 4. 3 轧制过程中产生的裂纹 折叠 (图 13) 是轧件表面的纵向突起或凹痕在继 续轧制过程中被轧平引起的表面缺陷, 在横断面上缺 陷的端部不分枝, 充满氧化铁, 裂纹两侧脱碳深度不 等。轧件在孔型轧制过程中, 产生了纵向突起, 如轧 件过充满 (耳子 ) 、错位等, 翻转 90b继续轧制时, 这些 纵向突起被压倒、轧平形成折叠。
初步判断, 此缺陷是折叠。
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图 10 划线高倍形貌
图 7 5 18mm 圆钢表面裂纹
图 8 折叠高倍形貌 4) 4# 5 28mm 圆钢 表面有一 条纵向 裂纹, 长 度贯穿 整个 试样 ( 图 9) ; 在裂纹处取横截面试样高倍分析, 裂纹呈 U 型, 深 0. 1mm, 。组织为 F + P, 裂纹两侧无脱碳 ( 图 10)。 初步判断, 此缺陷是划线。
3) 3# 5 18mm 圆钢 钢材表面有 2条相对应的纵向裂纹, 长度贯穿整
个试样 ( 图 7) ; 在裂纹处取横截面试样高倍观察, 有 1条 与边 缘呈一 定角 度的 裂纹, 裂 纹深 018mm, 长 211mm, 裂纹内有氧化产物。组织为 F + P, 裂纹两侧 有脱碳, 两侧脱碳深度不等 ( 图 8)。
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铸坯表面针孔
皮下气泡
图 11 表面纵向裂纹
表面裂纹
纹产生的根源; 其次是要加强连铸坯、钢材的表面清 理。由于发纹很细小, 尤其是有氧化铁皮覆盖时用肉 眼很难发现, 所以需要通过酸洗或抛丸处理后经荧光 磁粉探伤或涡流探伤的方法, 彻底的加以暴露和修磨。
图 12 连铸坯外来夹杂物
形试验、钢材的顶锻试验、钢材的非金属夹杂物检验、 金相组织检验、晶粒度检验以及钢材表面缺陷分析等 多种检验项目, 其中高倍检验采用 CARL ZE ISS金相 显微镜 Ax io Observer. A1m + 工业级专用彩色数码相 机 Ax ioCam MRc5和 Ax ioskop 2 MAT 金相显微镜 + 尼康数码相机; 低倍检验用 1B 1的盐酸水溶液进行 热浸蚀。
图 13 折叠形貌
2) 轧钢需要正确的调整孔 型, 防止轧件 表面产 生纵向突起 ( 耳子错位等 ) , 防止表面划伤, 钢坯清理 时, 修磨沟槽的宽深比要大于 6B 1。
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划线是轧件在轧制过程中被导卫装置、辊道、盖 板等划伤表面, 形成窄而深的沟痕, 在横断面上裂纹 的内干净, 裂纹两侧无脱碳。
5 改进措施及建议 综上所述, 产生圆钢表面裂纹的原因不仅与炼钢 有关, 也与轧钢有关, 针对这一问题, 可采取一系列的 措施来减轻或消除。 1)炼钢主要是减少钢中气体和夹杂物的含量, 消 除表面气孔, 皮下气泡及非金属夹杂物, 即消除发
11 6 6
23
合计
490 495 842 531 2 358
初步判断, 此缺陷由于连铸坯表面缺陷所致。
裂纹两侧无脱碳, 无组织变化 ( 图 6) 。 初步判断, 此缺陷由于外来夹杂物轧至表面导致
表面裂纹。
图 3 5 75mm 圆钢表面细小裂纹
图 5 5 25mm 圆钢表面裂纹
图 4 裂纹两侧脱碳及高温氧化原点
14 10 12 10 46
高倍
金相 组织
晶粒度
14
14
10
10
12
12
10
10
46
46
检验项目及批次
表面缺 陷分析
14
坯表面 酸洗
37
低倍
坯低倍 材塔形
试验
试验
158
4
10
40
101
12
200
191
10
83
133
46
360
583
4
材表面 酸洗 22 4 30 8 39 7 27 5 120 4
材顶锻 试验
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1Lm 左右。主要由 FeO 组成, 经常有 M nO、SiO2 伴随 存在, 由于在高倍显微镜下观察时, 呈细小圆点状, 所
以通常将这种缺陷在较高温度下产生的内部氧化产 物称之为氧化圆点。
表1
时间
2008. 8 2008. 9 2008. 10 2008. 11 合计
非金 属 夹杂 物
2) 2# 5 25mm 圆钢 表面有多条纵向的裂纹, 长度在 5mm ~ 40mm 不 等 ( 图 5); 在裂纹处取横截面试样高倍观察, 试样内 有大量的外来夹杂物, 数量多, 附集在表层, 有的夹杂 物贯穿到表面, 形成裂纹, 最深 016mm; 组织为 F+ P,
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图 6 夹杂物贯穿到表面
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45# 圆钢表面裂纹原因浅析
吴 晖 (质检中心 )
摘要 关键词
鄂钢生产的 45#圆钢经 用户锻 打后表 面出现 裂纹, 通过 金相检 验和 低倍检 验等 方法对裂 纹产生原因进行分析, 根据裂纹的不同形貌, 初步判明了裂纹产生的原 因。 45# 圆钢 表面裂纹 金相检验 低倍检验
1 前言 鄂钢生产的 45#圆钢在用户的使用过程中, 锻打 表面开裂的问题较为突出 (图 1) , 自 2007年元月开 始, 送至质检中心金相班进行失效分析的试样有 91 批次, 尤其是 2008年 6月至 10月就有 68 批次。针 对该失效样品, 经过一系列检验分析后发现, 失效样 品表面均有多条沿钢材纵向分布的长短不一的裂纹, 裂纹内有氧化 及高温氧化产物, 裂纹两侧有 组织变 化, 有脱碳现象 ( 图 2) 。得出的结论是, 此类缺陷是 由于原材表面带有裂纹, 用户在进行锻打过程中, 使 裂纹得以扩展。为此, 从 2007 年 8 月份至 12 月份, 对鄂钢生产的 45#圆钢进行表面裂纹的分析, 以查找 裂纹产生的原因。