橋梁鋼Q370q鋼板的裂紋分析

陳騰

摘 要：本文就橋梁鋼Q370q鋼板的表面裂紋進行了檢測和分析。結果表明：Q370q鋼板的表面缺陷有星狀裂紋，微裂紋和發(fā)狀裂紋。裂紋由板面向內延伸，內嵌有氧化亞鐵，附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征，裂紋附近和遠離裂紋區(qū)域組織均為鐵素體+珠光體，并有明顯的脫碳特征。

關鍵詞：Q370q；裂紋；鋼板

1 前言

隨著我國經濟的不斷進步，交通業(yè)的迅猛發(fā)展，橋梁鋼的需求不斷增長。同時，隨著橋梁寬度、跨度的增加，服役環(huán)境的惡劣對鋼板的質量和性能有了更高的要求。鋼板的表面和內部缺陷是其質量惡化的重要方面，Q370q作為橋梁鋼系列中最基本和使用量最大的鋼種，控制鋼板缺陷是提高其性能穩(wěn)定性的保障。針對鄂鋼部分橋梁鋼板出現(xiàn)的缺陷，應用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡對這些缺陷進行檢測，并對產生原因進行分析。

2 試驗材料與方法

在厚度為28mm的Q370q鋼板上切下3塊有缺陷的試樣，編號分別為1#、2#、3#，三件試樣鋼板表面均有裂紋缺陷。應用Cannon相機對其表面缺陷的宏觀圖像進行拍照。在疤狀缺陷處截取截面樣磨制后，運用AXIO金相顯微鏡進行觀察。截面試樣經拋光，3%硝酸酒精溶液腐蝕后，放在AXIO金相顯微鏡上觀察凹坑附近組織與遠離缺陷部位組織。

3 試驗結果與分析

圖1a、b、c分別是1#、2#和3#試樣表面的宏觀形貌圖。從圖中可以看出，三種缺陷均為裂紋，但形態(tài)上也表現(xiàn)出明顯的特征區(qū)別，分別表現(xiàn)為星狀裂紋，微裂紋和發(fā)狀裂紋。

3.1 星狀裂紋

圖1a中裂紋表現(xiàn)為類似于簇狀或者不閉合的多邊形形態(tài)的星狀裂紋，其深淺不一，清晰可見。試樣缺陷處截面的裂紋形貌如圖2a、b所示，從圖中可以看出，表面裂紋分別沿不同的方向向鋼板內部延伸，深度約為0.4mm，裂紋附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征，裂紋內部包裹有少量的氧化鐵皮。這種星狀裂紋出現(xiàn)在低合金鋼的幾率遠大于普碳鋼，并大多出現(xiàn)在錳、硅、銅、鋁含量較高的鋼種。一般沿軋制方向呈帶狀分布，裂紋中多含有硅酸鹽夾雜物。星狀裂紋對鋼板質量的影響程度，取決于其在鋼板表面的分布情況，通常呈彌散分布的星狀裂紋深度較淺，清理后不超過鋼板的負公差；呈密集分布的星狀裂紋，深度基本上都會超過鋼板的負公差，判廢的可能性較大。

這種星狀裂紋形成的原因有：鋼中和結晶器中的銅原子在高溫下有較高的自由能，易向晶界擴散并在初生的奧氏體晶界上富集，硅酸鹽也向奧氏體晶界移動并聚集，大大削弱了晶界的結合力，鋼坯在冷卻的過程中，由于晶粒收縮而在表面形成星狀裂紋，這種帶有星狀裂紋的鋼坯在加熱時，裂紋周圍受到高溫氧化而產生脫碳現(xiàn)象，在軋制過程中由于表面的延展加劇了原生裂紋的擴展。

3.2 微裂紋

圖1b中裂紋表現(xiàn)為長度不連續(xù)、形狀不規(guī)則、裂縫細小、形態(tài)凌亂的微裂紋。試樣的缺陷處截面樣的裂紋形貌如圖3a、b所示，從圖中可以看出，裂紋由鋼板表面向內延伸，其裂紋深度約0.8mm，裂紋附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征。微裂紋產生的原因是多方面的，常常與其它形式的裂紋和缺陷伴隨出現(xiàn)，基本上是其他形態(tài)裂紋和缺陷的衍生物。其單獨出現(xiàn)時，是由于鋼坯表面出現(xiàn)微裂紋，或鋼坯加熱溫度不合理產生微裂紋，或鋼坯表面局部受熱不均勻，在溫度高的部分產生魏氏組織或脫碳現(xiàn)象，導致塑性降低，軋制過程中在鋼板表面以不同形態(tài)表現(xiàn)出來。

3.3 發(fā)狀裂紋

圖1c中裂紋表現(xiàn)在鋼板表面深度較淺，蚯蚓狀的發(fā)狀裂紋。試樣的缺陷處截面樣裂紋形貌如圖4a、b所示，從圖中可以看出，截面樣上有裂紋由板面向內延伸，深度約為0.3mm，裂紋內嵌有氧化亞鐵，附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征。這種發(fā)狀裂紋一般深度較淺，修磨清理后不影響使用，其產生的原因有：（1）連鑄機的一冷、二冷的冷卻速率和拉速不合理，或者保護渣選用不合適，保護渣受潮，造成鋼坯表面出現(xiàn)微裂紋，在軋制中暴露和擴展；（2）鑄坯本身存在的皮下氣泡、皮下夾雜等，在軋制過程暴露而形成皮下裂紋；（3）表面的蚯蚓狀的發(fā)狀裂紋，主要形成原因是鋼坯的加熱速度和加熱溫度不當使表面出現(xiàn)熱裂紋和表面脫碳導致的塑性降低，軋制過程中在鋼板表面形成細小的裂紋。

三件試樣截面裂紋附近組織均為典型的鐵素體+珠光體，有明顯的脫碳特征，其中1#試樣見圖5a；遠離缺陷部位組織均為鐵素體+珠光體，見圖5b。

4 結論

Q370q鋼板的裂紋為星狀裂紋，微裂紋和發(fā)狀裂紋三種，裂紋由板面向內延伸，內嵌有氧化亞鐵，附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征，裂紋附近和遠離裂紋區(qū)域組織均為鐵素體+珠光體，有明顯的脫碳特征。