40MnB軋材表面裂紋原因分析

于洪波，劉 蕾，孟文貞

（山東壽光巨能特鋼有限公司，山東 壽光262711）

1 前言

某廠在軋制一批Φ60的40MnB鋼時(shí)，產(chǎn)生了較多的三角口表裂+直條表裂缺陷，修磨后超出標(biāo)準(zhǔn)要求，判為廢品。其生產(chǎn)工藝為：頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF爐外精煉→真空脫氣→連鑄→冷裝→雙蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐→水除鱗→軋機(jī)產(chǎn)材→剪切→入坑緩冷→檢查→收集。通過(guò)對(duì)軋制后的棒材表面裂紋缺陷部位取樣，采用金相檢驗(yàn)和電鏡分析等手段，對(duì)40MnB鋼軋材表面裂紋缺陷進(jìn)行了分析研究，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程控制情況，分析了缺陷的成因，給出了解決問(wèn)題的方向［1-3］。

2 檢驗(yàn)分析

2.1 宏觀形貌

如圖1所示，低倍酸洗后缺陷形貌如下，三角口表裂與直條表裂共存。在缺陷處取2塊典型樣品，金相研磨拋光后，用掃描電鏡觀察軋材橫截面的裂紋形貌，同時(shí)能譜分析裂紋內(nèi)部及相關(guān)周圍部分的化學(xué)組成。之后輕拋處理，用4%硝酸酒精浸蝕裂紋部位的微觀組織，用金相顯微鏡觀察并拍照。由上述結(jié)果分析表面缺陷成因。

圖1 宏觀形貌

2.2 金相及電鏡檢驗(yàn)

圖2裂紋垂直于軋材表面，裂紋側(cè)面及頂部均存在類似夾雜物形貌的缺陷，但裂紋側(cè)面點(diǎn)狀物為孔洞，沒(méi)有夾雜物痕跡，裂紋頂部孔洞含少量［O］，但沒(méi)有Al、Mg、Si、Ca等元素。裂紋內(nèi)部中間塊狀物不含［O］，成分接近滲碳體。因此，該裂紋可能起因于連鑄皮下氣泡開(kāi)裂，而裂紋側(cè)面和頂部孔洞應(yīng)屬于在加熱和軋制時(shí)未暴露在空氣中的皮下氣泡。由于裂紋兩邊沒(méi)有脫碳層，所以裂紋應(yīng)在加熱出坯后的熱軋過(guò)程中形成。

圖2 缺陷形貌

圖3裂紋頂部孔洞內(nèi)物質(zhì)包含O、Si、Cr、Mn、Fe，其中Si含量明顯高，其次第1、2兩個(gè)白色點(diǎn)狀物的Mn含量也高，而第3個(gè)點(diǎn)為孔洞，不含Mn，裂紋淺，裂紋頂部點(diǎn)狀孔洞排列線狀在裂紋延伸方向上，具有皮下氣泡裂紋的特征。由于裂紋兩邊沒(méi)有脫碳層，所以裂紋應(yīng)在加熱出坯后的熱軋過(guò)程中形成。右面裂紋存在脫碳層，很淺，應(yīng)在連鑄坯出加 熱爐前就形成了。

圖3 缺陷形貌

圖4裂紋較淺，頂部延伸方向存在明顯孔洞，屬于皮下氣泡形成的裂紋，且存在明顯脫碳層，在連鑄坯出爐前就形成了。

圖4 缺陷形貌

圖5在裂紋內(nèi)部（點(diǎn)2、3、5），能譜分析存在O、Si、Cr、Mn、Fe；裂紋口部（點(diǎn)4）存在夾雜物成分且組成復(fù)雜，裂紋基本垂直于軋材表面。裂紋側(cè)面點(diǎn)狀物分析有O、Si、Cr、Mn、Fe且Si含量高。可能連鑄時(shí)結(jié)晶器內(nèi)坯殼表層受到氧化形成了點(diǎn)狀氧化物，在加熱時(shí)形成裂紋。

圖5 缺陷形貌

圖6裂紋內(nèi)部存在明顯的夾雜物成分，封閉區(qū)域和口部的成分接近，說(shuō)明封閉區(qū)域應(yīng)該是原來(lái)坯料表面，且軋鋼坯料出爐后除鱗效果可能不太好，在軋制時(shí)產(chǎn)生折疊。裂紋下方，即離開(kāi)表面以里的地方存在明顯的點(diǎn)鏈狀孔洞，和前面的相同，包含O、Si、Cr、Mn、Fe，應(yīng)該屬于連鑄保護(hù)澆注不好，吸氣所致。裂紋產(chǎn)生的根本原因應(yīng)是連 鑄坯皮下氣泡。

圖6 缺陷形貌

3 結(jié)論

本批次40MnB鋼軋材表面裂紋缺陷起因于連鑄坯皮下氣泡，經(jīng)過(guò)軋制產(chǎn)生了宏觀的縱向分布形貌。針對(duì)此缺陷應(yīng)從冶煉和連鑄環(huán)節(jié)分析制定糾正預(yù)防措施，建議從鋼中氣體含量控制入手，加強(qiáng)脫氧脫氣環(huán)節(jié)控制，連鑄注意覆蓋劑、保護(hù)渣原料烘烤，避免受潮，做好保護(hù)澆注避免吸氣導(dǎo)致坯殼表層部位氧化，檢查澆注系統(tǒng)，保持干燥等。