热轧钢材表面裂纹分析-物理测试

热轧钢材外表裂纹分析陈家新；杨娥湖北新冶钢技术中心，黄石，435001摘要：某轧钢厂正常轧制的钢材外表存在裂纹缺陷。利用扫描电子显微镜和金相显微镜对裂纹的形貌进行观察，发现裂纹附近存有高温氧化产物，经腐蚀后裂纹附近脱碳严重。由此可知：为连铸坯的外表裂纹，在经加热的过程中产生高温氧化，而正常的热轧工艺无法使其焊合，最终在钢材外表表现为裂纹缺陷。关键词：外表裂纹，扫描电镜，高温氧化，脱碳中图分类号：TG115.5文献标志码：A文章编号：SurfaceCrackAnalysisofRollingSteelChenJiaxin，YangETechnicalcenter，HubeiXinyegangSteelCo.LTD,Huangshi,435001Abstract：Surfacecrackhasbeenfoundedonthenormalrollingsteel.Usingscanningelectronmicroscopy〔SEM〕andopticalmicroscopy〔OM〕toobservethemorphologyofthecrack,high-temperatureoxidationproductsexistnearthecrack,afterseriouscorrosioncracksneardecarburizationhasbeenfoundedaroundthecrack.Theresultshowsthatthecrackoftherollingsteelwascausedbythesurfacecrackofthebillet.KeyWords:surfacecrack,SEM,high-temperatureoxidation,decarburization钢材外表裂纹严重影响钢材的性能，且钢材的外表质量为反映钢材质量的最直接的、首要的因素。某轧钢厂生产的1E2892钢材外表存有裂纹，且产生裂纹的钢材批量较大。该钢材的生产工艺为电炉冶炼——LF炉精炼——VOD抽真空——连铸成240×240方坯——加热——连轧成材〔φ100mm〕——精整——磁粉探伤。在磁粉探伤时发现钢材外表存有裂纹缺陷。笔者对该外表裂纹进行了分析。1理化检验1.1低倍宏观观察对有缺陷的钢材试料进行宏观观察，钢材外表涂有黄色油漆标识，为磁粉探伤缺陷位置。钢材外外表的缺陷为一条沿轧制方向分布的裂纹，裂纹贯穿整个试料的全长。试料的一端有明显的修磨痕迹，修磨处仍可见清晰的裂纹。其宏观形貌如图1所示。作者简介：陈家新〔1969-〕，男，大学本科，工程师；E-mail：〔b〕〔a〕〔b〕〔a〕(a)试料外表未修磨处的裂纹形貌;(b)试料外表修磨处的裂纹形貌图1试料外表宏观形貌Fig.1Macroscopicofthesurface1.2化学成分分析化学成分〔质量分数，%〕分析结果见表1。由表1可知，该钢材的化学成分符合该公司生产的1E2892钢材的技术要求。1.3金相显微观察垂直于未修磨处试料上的外表缺陷处，切取和磨制横向金相试样。利用FEIQuanta400F扫描电子显微镜进行观察。裂纹几乎与钢材外表垂直，其深度达2.64mm。在裂缝及其两侧仅存有氧化产物，其裂缝内的氧化产物呈块状，而裂缝两侧的氧化产物呈弥散的点状分布，弥散的点状氧化物为内氧化产物【1】。见图2所示。经能谱分析，块状的氧化产物为铁的氧化物，而点状的氧化产物主要为Fe、Mn、Si、Cr的混合氧化物。见图3所示。表1化学成分分析结果〔wt%〕Table1Chemicalcompositionanalysisresults〔wt%〕元素CMnSiCrPSSnPb试样0.390.730.241.080.0140.0220.00590.0016技术要求0.38~0.430.60~0.850.15~0.350.90~1.20≤0.030.015~0.030≤0.03≤0.02〔b〕〔a〕〔b〕〔a〕(a)裂纹形貌;(b)裂纹及其两侧的氧化产物图2裂纹的微观形貌Fig.2Microscopicofthecrack〔a〕块状氧化物成分;(b〕点状氧化物成分图3氧化产物能谱分析结果Fig.3Chemicalcompositionoftheoxide1.4金相组织观察试样经2%硝酸酒精溶液浸蚀，利用金相显微镜观察。试样的金相组织为铁素体加珠光体组织，为正常的热轧态组织。裂纹两侧有明显的脱碳层，局部位置出现了全脱碳层，且裂纹两侧的脱碳比钢材外外表非缺陷处的脱碳严重。见图4。〔a〕〔b〕〔a〕〔b〕〔a〕裂纹开口处形貌；〔b〕裂纹末梢形貌图4腐蚀后裂纹处显微形貌Fig.4Microscopicofthecrackafteretched2分析与讨论上述试验说明：产生外表裂纹的钢材的化学成分符合该钢材的技术要求。在裂纹的缝隙及两侧未见冶炼夹杂，仅存有氧化产物。块状氧化产物主要为氧化铁、另有少量的Cr的氧化物，点状氧化产物为Fe、Mn、Si、Cr的混合氧化物。因该钢材的Cr含量较高，而Cr在钢材中也是比拟容易的氧化的元素，故其氧化产物物中也存在Cr元素。在一定的温度下，钢材与空气接触的外表会先产生一层氧化膜，而这层氧化膜分布从内到外依次为Fe/FeO/Fe3O4/Fe2O3/O2【2】。在570℃以上，Fe2O3将发生逐级分解，即Fe2O3→Fe3O4→FeO。在一定的温度范围内，将会发生内氧化【3】。内氧化的根本过程为：〔1〕〔2〕FeO的分解提供内氧化所需要的氧。氧吸附于试样外表并溶入钢中，当氧的活度到达某一合金〔或杂质〕元素被内氧化所需要的临界活度时即可使其内氧化，形成内氧化物。合金钢中的Mn、Si、Cr等元素较易被氧化，因而当钢材的温度到达一定程度时，在钢中会形成Fe、Mn、Si、Cr的混合氧化产物。在此钢材外表裂纹的位置不仅存有氧化铁，还存有内氧化的氧化产物，说明钢材在成材之前经过了高温加热。经腐蚀后裂纹附近的脱碳明显。由此可以推断，钢材外表裂纹为连铸坯上已经产生的裂纹经高温加热轧制棒材所形成的。3结论及建议(1)该钢材的外表裂纹是因连铸坯即前道工序的外表裂纹引起的。(2)建议加强连铸工艺的控制，尽量减少连铸坯外表的裂纹等缺陷。(3)建议加强连铸坯的检验，对连铸坯上的较小的缺陷在轧制之前进行修磨。假设连铸坯上的缺陷本身就比拟大，在轧制之