鄭春云

(東北特鋼集團北滿基地北興公司，黑龍江161041)

北滿特鋼公司生產(chǎn)的35MnBM鋼經(jīng)EAF+LF+VD+CCM+熱送或冷緩+軋制工藝后檢查出連鑄坯存在凹陷及裂紋現(xiàn)象。不同爐號的棒狀軋材也存在裂紋。本實驗主要是尋找裂紋起裂原因。

1 試樣來源和取樣

試驗用鋼為北滿特鋼生產(chǎn)的35MnBM鋼，按不同爐號分為軋材38-A，13-A，184及連鑄坯185。金相試樣編號及取樣方向詳見表1。

表1 試樣編號

軋材經(jīng)線切割加工后，采用標(biāo)準(zhǔn)金相試驗方法，縱向磨樣得到38-A-1試樣和184-1試樣，橫向磨樣得到13-A-2試樣和184-2試樣，具體取樣觀察部位如圖1所示。

250 mm×280 mm連鑄坯經(jīng)線切割、磨削后，先酸浸后檢查低倍組織，然后再在靠近凹面和裂紋的地方線切割取樣，并采用標(biāo)準(zhǔn)金相試驗方法，制備成編號為185的試樣，具體取樣觀察部位如圖2所示。

圖1 軋材取樣圖Figure 1 Sampling chart for rolled metal

圖2 連鑄坯取樣圖Figure 2 Sampling chart for continuous casting billet

2 試驗方法

加工后將試樣進行磨拋，用4％硝酸酒精溶液腐蝕，在金相顯微鏡和掃描電鏡下觀察其微觀組織及夾雜物。

3 試驗結(jié)果和分析

3.1 連鑄坯

3.1.1 連鑄坯低倍形貌

連鑄坯經(jīng)熱酸浸蝕后低倍組織形貌如圖3所示，低倍缺陷評級結(jié)果見表2，低倍缺陷級別正常。

在連鑄坯上靠近一角附近出現(xiàn)了表面凹陷脫方，如圖3b所示。凹陷最深處離連鑄坯角部約35 mm，最深處凹陷深度大約3 mm?？梢?，35MnBM鋼連鑄凝固后鑄坯表面可能受到一定的機械壓力。通常在表面受壓時，內(nèi)部一定深度處可能出現(xiàn)垂直與深度方向的張應(yīng)力，這可能是連鑄坯出現(xiàn)裂紋的一個外在因素。

圖3c所示為連鑄坯靠近凹陷處的形貌。從圖3c可以看出，在距離凹陷表面約10 mm～30 mm處(表面等軸晶與柱狀晶過渡區(qū)開始，往柱狀晶區(qū)延伸)，可以觀察到數(shù)條裂紋。最長的裂紋在3 mm左右，并且主要集中在凹陷底下，裂紋走向與凹陷深度方向大致平行，說明表面凹陷受壓力時該處可能受到垂直于深度方向的張力。

表2 連鑄坯低倍組織評級結(jié)果

3.1.2 連鑄坯裂紋的金相觀察

在靠近連鑄坯表面凹陷及裂紋處取樣，制作成金相試樣(185試樣)后進行觀察。圖4a所示為未經(jīng)腐蝕的連鑄坯裂紋形貌，可見該裂紋呈現(xiàn)非連續(xù)狀，說明裂紋的擴展是非連續(xù)的，是以重新形核、長大、聯(lián)合的方式進行的。雖然宏觀上裂紋沿深度方向擴展，但微觀上裂紋存在很多彎折，說明裂紋的擴展與組織缺陷有關(guān)。此外，裂紋最大寬度在25 mm左右。

經(jīng)4％硝酸酒精溶液腐蝕后，裂紋附近組織形貌如圖4b所示。裂紋有沿晶界擴展的傾向，并且在裂紋處有大量的疑似夾雜物的顆粒。

3.1.3 連鑄坯裂紋上夾雜物的掃描電鏡觀察

在掃描電鏡下對連鑄坯裂紋上的顆粒進行了形貌觀察和能譜分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)裂紋處含有TiN、MnS和Al2O3等夾雜物，另外還含有大量的氧化鐵等其他氧化物夾雜物。

對連鑄坯裂紋及夾雜物分析發(fā)現(xiàn)，在靠近連鑄坯的角部，是夾雜物集中的地方，夾雜物可以作為裂紋源，連鑄坯表面受力導(dǎo)致內(nèi)部局部受到張應(yīng)力時有可能形成裂紋。根據(jù)以上結(jié)果尚不能判斷，連鑄坯上裂紋是在凝固完畢連鑄坯受力后立即形成還是在后續(xù)的冷卻過程中形成的，但從裂紋上存在大量氧化鐵等來看，前者的可能性更大(由于裂紋并非表面裂紋，氧化物來源可能與冶煉過程有關(guān))。

(a)連鑄坯橫截面全貌

(b)連鑄坯表面凹陷脫方

(c)連鑄坯裂紋

(a)未腐蝕的185試樣

(b)腐蝕后的185試樣

(a)試樣13-A-2腐蝕后的金相形貌

(b)腐蝕后的38-A-1試樣

(c)腐蝕后的184-1試樣

(d)腐蝕后的184-2試樣

圖5 軋材的組織及裂紋形貌
Figure 5 Rolled metal structure and cracks appearance

3.2 軋材

3.2.1 金相組織及裂紋觀察

軋材裂紋附近的金相形貌如圖5所示。從圖5可知，軋材的微觀組織均由網(wǎng)狀的鐵素體與珠光體組成。其中184試樣、13-A試樣和38-A試樣裂紋處的鐵素體形態(tài)有明顯差別，13-A試樣和38-A試樣依舊保持網(wǎng)狀鐵素體形貌，而184試樣卻在裂紋處形成大量細小塊狀鐵素體，這可能是因為偏析造成的。從軋材裂紋中也可以看見夾雜物。

3.2.2 軋材裂紋上夾雜物SEM觀察及能譜分析

圖6為軋材上夾雜物SEM形貌和能譜分析結(jié)果，可見裂紋處也含有TiN、Al2O3和MnS等夾雜物，與連鑄坯裂紋處相似。因此，軋材上裂紋很可能是由連鑄坯裂紋遺傳下來的。

圖6 試樣38-A-1的微觀組織Figure 6 The microstructure of sample 38-A-1

4 結(jié)論

4.1 裂紋形成的原因

(1)對裂紋處夾雜物能譜分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分夾雜物主要成分為Al2O3和氧化鐵，同時有大顆粒的TiN及MnS。鋼中的大量夾雜物分布在連鑄坯的角部，這是導(dǎo)致裂紋形成的內(nèi)在原因(裂紋源)。

(2)在連鑄坯上可以看到明顯的表面凹陷脫方，由于連鑄坯的脫方導(dǎo)致內(nèi)部局部出現(xiàn)張應(yīng)力，這是裂紋形成的外部原因。

(3)軋材上的裂紋與連鑄坯相似，可能是由于連鑄坯裂紋遺傳所致。

4.2 措施

(1)嚴(yán)格控制夾雜物含量、尺寸及分布，消除裂紋產(chǎn)生的內(nèi)在原因。如降低鋼液二次氧化機會，達到減少氧化物夾雜的目的，強化脫氧，減少氧化物夾雜并促進其上浮，從而提高連鑄坯質(zhì)量。

(2)有效控制表面凹陷脫方現(xiàn)象，消除裂紋產(chǎn)生的外在原因。