鋼板頭部表面搓板狀橫裂紋原因分析

李 偉， 楊志強， 鄭 偉， 楊梅梅

（1.五礦營口中板有限責任公司， 遼寧 營口 115000；2.中國冶金工業信息標準研究院， 北京 100730）

某段時間軋鋼廠生產的鋼板出現大量頭部搓板狀橫裂紋，厚度范圍14～40 mm，鋼種含概SS400、Q345R、SM490A、AH36、DH36、BVA、ASTMA36、Q345B等，涉及到煉鋼廠1 號、3 號、4 號鑄機生產的鑄坯。裂紋多出現在距鋼板頭部180 cm 以內，寬度1/2 位置。針對此情況進行了各鋼種、各厚度裂紋形貌、裂紋周邊氧化、組織情況等檢驗，檢驗發現裂紋屬于同一類型[1]。

1 裂紋宏觀形貌特征

裂紋宏觀形貌如“搓板”（見圖1）。主要特征：裂紋垂直于鋼板軋向，呈長條狀有規律地沿鋼板橫向分布，長短、深淺不一，裂紋開口處較寬，裂紋多出現在鋼板寬度1/2 位置，裂紋只出現在鋼板上表面，表現出沿軋向拉開、橫向擴展的分離特征[2]。

圖1 裂紋宏觀形貌

2 顯微特征

2.1 金相試樣取樣示意圖（見圖2）

2.2 裂紋形貌及周邊氧化情況

對垂直于裂紋方向的1 號試樣截面進行拋光后觀察裂紋形貌及周邊氧化情況。由圖3、圖4 可見，裂紋深度達1 786 μm，開口度達1 107 μm，裂紋與鋼板表面呈一定角度傾斜。裂紋內未見大量氧化鐵，裂紋周邊未見氧化圓點（內氧化）。

圖2 取樣示意圖

圖3 裂紋整體形貌

圖4 裂紋微觀形貌

2.3 組織情況

將1 號試樣用4%硝酸酒精進行腐蝕后觀察組織情況。由圖5、6、7 金相組織圖可見，裂紋兩側組織存在明顯不同，靠近鋼基體一側晶粒細小致密，且伴隨較大流變現象，靠近表面一側晶粒粗大；裂紋兩側無明顯脫碳現象。另外，對2 號試樣進行上近表組織情況觀察，以便與裂紋處組織進行對比分析。由圖8可見，2 號試樣上近表組織以鐵素體為主，伴有少量珠光體，且晶粒比裂紋處粗大一些，為正常組織。

圖5 裂紋處組織

圖6 裂紋一側局部放大圖

圖7 裂紋另一側局部放大圖

圖8 2 號試樣金相組織

3 討論分析

1）從統計結果看，普碳鋼、低合金鋼、高強船板、各鑄機鑄坯均出現橫裂紋，由此可見，該類裂紋與牌號、化學成分及坯料無關。

2）從檢驗結果看，由于所有該類型橫向裂紋周圍無氧化圓點，裂紋內無大量塊狀氧化鐵且裂紋周圍無明顯脫碳痕跡，因此可以排除裂紋在加熱爐產生及鑄坯帶來的原始裂紋。從1 號、2 號組織對比情況來看，裂紋處細小致密的組織明顯是由于過冷后軋制細化晶粒產生的組織，由此可見裂紋處產生了局部過冷現象。

3）從生產現場觀察發現，個別鋼板在前幾道次中頭部寬度1/2 位置出現了“黑印“區；在個別成品鋼板裂紋處發現了水印花斑，其他部位未出現。

以上情況也從另一側面說明了裂紋處在軋制過程中有積水。通過查詢得知，中間坯翹頭現象時有出現。通過以上現象分析認為，由于板面局部積水，就會導致表層與內部產生溫差，溫差的存在會導致內應力增大，當內應力足夠大時，可致使裂紋產生。鋼板的生產軋制過程，從開軋至終軋通常均是在奧氏體相區進行，終軋之后發生奧氏體相變，而局部過冷使板面局部表層溫度急冷至相變溫度以下，在本不該發生相變的工序發生了相變，產生了塑性較奧氏體差的鐵素體組織，進而導致表層塑性變差，在軋制咬入過程中，摩擦力增大，表層相對不動，而鋼基體一側發生流變，變形不一致必然會導致微裂紋的產生，而流變組織的存在也驗證了裂紋是在隨后的軋制過程中進一步擴展形成的[3]。那么，對局部積水的原因分析認為有兩個原因，一是翹頭的中間坯在過除磷水未咬入之前，受大量除磷水沖刷導致易積水的翹頭部位短時積水，二是噴頭沖蝕嚴重導致噴水量過大。

4 結語

通過以上檢驗分析，認為鋼板表面搓板狀橫裂紋的產生與鋼板表面局部經歷急劇冷卻而率先發生鐵素體相變有關。相變后的鐵素體塑性比奧氏體差，在隨后的軋制道次中，不協調的形變導致表面裂紋產生。另外，表層與內部溫差的存在會導致內應力增大，當內應力足夠大時，可加劇裂紋的產生與擴展。