鋼板邊部裂紋缺陷形成機理分析

王南輝

（山鋼股份濟南分公司技術中心，山東濟南 250101）

生產技術

鋼板邊部裂紋缺陷形成機理分析

王南輝

（山鋼股份濟南分公司技術中心，山東濟南 250101）

鑄坯火焰切角軋制后鋼板出現嚴重的邊部裂紋，對鋼板邊部裂紋和鑄坯低倍試樣進行了分析，發現低倍試樣切割面存在密集的裂紋，進一步研究發現這是由于火焰切割造成的，進而推斷出，鑄坯火焰切角導致鋼板邊部嚴重裂紋。

鑄坯；鋼板；邊部裂紋；火焰切割

1 前言

通常，鋼板邊部裂紋源自鑄坯角部存在的微細裂紋，在加熱和軋制過程擴展形成鋼板邊裂，為減少鋼板邊部裂紋缺陷，采取連鑄坯火焰切角的方式。但在生產中發現，鑄坯切角后的NM500耐磨鋼板軋制后邊部產生更為嚴重的裂紋缺陷，為此取樣進行了試驗研究。

2 裂紋缺陷形態及形成原因分析

2.1 鋼板邊部裂紋形態

鋼板邊部裂紋形式表現為邊部間隔排列的宏觀裂口。對裂紋處取樣進行金相分析，發現裂紋被周圍較厚的氧化鐵皮層包圍。電鏡觀察裂紋附近沒有發現氧化原點，據此推斷鑄坯在加熱爐中就已存在裂紋，使得裂紋附近出現氧化鐵皮層［1］。為此，對加熱爐以前的工序進行了一系列試驗分析。

2.2 冷態鑄坯的火焰切割脆性試驗

由于切角后的鑄坯均已軋制完成，只能取存留的低倍樣進行研究。為檢查連鑄坯本身質量，對邊部出現裂紋缺陷鋼板同澆次所取低倍樣進行了鑄坯斷面刨削檢查。刨削火焰切割面酸洗后發現密布整個截面的裂紋，裂紋基本沿連鑄坯橫截面分布，如圖1a所示。用銑床沿裂紋截面繼續向里刨削50 mm后，表面裂紋全部消失。隨后對低倍試樣進行探傷檢驗，發現僅在離表面50～70 mm左右厚度處存在缺陷面積直徑＜20 mm以內的局部探傷不合，其他區域正常。說明上述裂紋缺陷只存在淺層的火焰切割面，而鑄坯內部并不存在如此嚴重的內裂。因此，懷疑裂紋的產生可能是取低倍試樣時，高溫火焰切割后冷卻太快，造成切面熱裂紋。

為進一步驗證上述結論，從該低倍樣的頭部用火焰切割的方式截取了長度為60 cm的試樣，切割前試樣完好。用鋸床將不平的火焰切割面切去（厚度為3～5 mm），酸洗后果然發現截面存在大量裂紋，如圖1b所示，裂紋形貌與連鑄坯低倍試樣上的極為相似，在低倍顯微鏡下，可以看到幾條大的裂紋間還存在縱橫交錯的微裂紋。繼續切片40 mm后裂紋消失，說明裂紋為淺層表面裂紋，據此可以斷定，這種裂紋的產生是由火焰切割引起的。

圖1 肉眼觀察的低倍試樣切面裂紋

2.3 電鏡分析

為進一步確定火焰切割導致連鑄坯產生淺表裂紋的原因，對帶有裂紋的樣品進行了掃描電鏡觀察。可以看到裂紋局部較平直，走向曲折，且裂紋內存在沿裂紋分布的析出物。利用電鏡能譜對其進行了成分分析，結果表明，裂紋內析出物主要成分為含Si、Cr、Mo的物質，且存在輕微氧化現象，其中Cr含量是基體中含量的3倍。電鏡下裂紋形貌見圖2，裂紋內析出物能譜分析見表1。

圖2 電鏡下裂紋形貌

另外，對裂紋附近組織進行觀察，發現裂紋附近晶界也存在析出物。成分分析表明，晶界中的析出元素與裂紋內白色析出物成分基本一致，晶界析出物成連續分布。裂紋附近晶界中的析出物形貌見圖3，析出物能譜分析見表2。

圖3 裂紋周圍晶界析出物形貌

表2 析出物能譜分析（質量分數）%

3 分析及結論

含Cr鋼中的含Cr碳化物容易沿晶界析出，析出后在晶界周圍的基體中形成貧Cr區，導致基體組織強度降低，同時大量含Cr碳化物聚集晶界，形成晶界網狀結構，極大破壞了晶界的連通性，降低了晶界強度［2］。此外，由于冷態鑄坯對高溫的火焰切割面有較大的拔熱作用，使得火焰切割面冷速較大，極易形成較大的熱應力。通過上述試驗和分析結果表明，連鑄坯低倍樣截面上大量裂紋的產生是由火焰切割所導致的，切面形成表面淺層裂紋，機理是在火焰切割過程中，切割面經受了局部高溫再加熱，基體中含Cr碳化物在影響區沿晶界偏聚析出，晶界脆性增加，高溫切割面冷速較快，在較大熱應力的作用下產生宏觀晶界裂紋，并在加熱和軋制過程中擴展，形成鋼板邊部裂紋。

4 改進措施

由于NM500冷態鑄坯在火焰切割熱作用下的裂紋敏感性，不可使用火焰切角的辦法消除鋼板邊裂。為了減少或消除鑄坯角部微細裂紋，當氣溫較低時，應該加強鑄坯緩冷，減輕鑄坯邊部熱應力。必要時可以采用鑄坯堆垛加罩，同時注意關閉廠房大門，保持室內氣溫等措施。經以上措施調整后，NM500鋼板邊部裂紋率明顯降低。

［1］祝桂合.鋼板表面裂紋及氧化物圓點形成條件模擬試驗［J］.山東冶金，2012，34（2）：30-33.

［2］萬友堂.熱送中厚板生產線鋼板表面裂紋的機理分析［J］.鋼鐵研究，2008，36（3）：14-16.

表1 裂紋內析出物能譜分析（質量分數）%

數值范圍用浪紋線

GB/T 15834—1995規定：浪紋線“～”用于連接數字范圍，如a～b，這里的a、b為不同的實數，因此，在科技書刊中，凡實數的數值范圍應當用“～”連接，不應采用一字線“—”。例如：0.25～0.75，750～780℃，190～220 mm， 0.9～1.2 m/min，圖4～6，表1～3，等。只有起點和終點的時間間隔除外，依據GB/T 8407—2005，這種情況采用一字線連接，例如：2011—2015年，2012年1—5月，2008年3月5—17日。（燕明宇）

Formation Analysis of Cracks Defect of Plate Edge

WANG Nanhui

（The Technology Center of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

After cutting the edge of slab by flame,cracks occur on the edge of corresponding steel plates.And the research of slab sample shows that there are serried cracks on the flame cutting section.Further research shows it is due to the flame cutting that form the edge cracks.So it is concluded that the flame cutting on the slab edges resulted the cracks on the edge of plates.

casting blank;steel plate;edge crack;flame cutting

TG335.5

B

1004-4620（2015）01-0009-02

2014-07-21

王南輝，男，1980年生，2006年畢業于重慶大學鋼鐵冶金專業。現為濟鋼技術中心工程師，從事耐磨鋼及海洋平臺用鋼研發工作。