45圓鋼斷面收縮率不合格原因

馮治勝

(天津鋼鐵集團有限公司 技術中心,天津 300301)

45圓鋼是常見的中碳調質優質結構鋼，具有較高的強度和良好的切削加工性能，常用于制造較高強度的運動零件，如重型機械及通用機械中的軋制軸、連桿、齒條、齒輪、銷子等。隨著市場需求量的增加，45圓鋼產量在棒材中的占比也越來越大。筆者在單位近期日常檢測過程中發現，某批次45圓鋼斷面收縮率的一次合格率僅為85.21%。這嚴重影響了產品質量、發貨周期及用戶使用。該批次45圓鋼的主要生產流程為鐵液預處理→轉爐→LF精煉→方坯連鑄→冷床→檢驗→蓄熱式步進梁式加熱爐加熱→除鱗→粗軋→中軋→精軋→剪切定尺→成品檢驗。為找出該批次45圓鋼斷面縮率一次合格率太低原因，筆者對其進行了一系列檢驗和分析，以確保45圓鋼斷面收縮率的一次合格率高且穩定。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

對45圓鋼斷面收縮率不合格的試樣進行宏觀觀察,如圖1所示。可見不合格試樣斷口處縮頸不明顯，斷面平齊，且能觀察到明顯的白點缺陷。

(一)投資風險問題，投資風險主要是由于公司面臨外部市場環境的復雜性和不確定性，造成公司的實際投資收益與預期投資收益出現偏差的風險問題。投資風險大致可以分為實物投資風險和金融投資風險。前者主要包括經營投資、流動資產投資、無形資產投資風險；后者主要包括了市場、通貨膨脹以及利率等風險問題。

1.2 拉伸試驗

45圓鋼斷面收縮率不合格試樣的拉伸性能如表1所示。可見其屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率均符合GB/T 699-2015《優質碳素結構鋼》中的相關要求，而斷面收縮率僅在32%～38%之間，均值為36%，不符合標準中斷面收縮率不小于40%的要求。

1.3 化學成分分析

對45圓鋼斷面收縮率不合格試樣取樣進行化學成分分析，結果見表2。可見各元素含量均符合GB/T 699-2015的成分要求。

試劑：默克色譜甲醇（批號I866507650）；磷酸二氫鈉（批號 20170102‐1）、磷酸氫二鈉（批號20170503‐1），分析純，廣州化學試劑廠提供；高氯酸（批號2016041），分析純，天津市鑫源化工有限公司提供。實驗用水為Milli‐Q純水儀自制超純水。

1.4 金相檢驗

配置的過程要根據相應的標準，配置活動要具有規律性，配置環節尤其要注意混凝土的調配比例是否科學，比例的科學性將直接關系到交通土建工程建設的質量。在實際配比工作中需要安排專業的技術人員對調配工人進行技術指導，強調調配工作的重要性，確定最佳的調配混合實踐。由于操作工人并不具備全面的專業知識，因此現場指導人員要盡可能保證指導工作的全面性，包括時間控制、比例確定以及調配要素的選擇等各個方面。從混凝土的調配階段開始就要做好質量控制工作。

對45圓鋼斷面收縮率不合格試樣進行金相檢驗，如圖2所示。可見其顯微組織正常，為均勻的珠光體+鐵素體，晶粒度8.0級左右，心部偏析不明顯。

1.5 非金屬夾雜物檢測

利用掃描電鏡(SEM)對45圓鋼斷面收縮率不合格試樣進行斷口形貌觀察,如圖4所示。可見斷面上存在多處白點缺陷，且白點內均未發現夾雜物，此區域形貌特征表現為典型的氫致斷口形貌。初步判斷氫致白點缺陷是造成此次斷面收縮率不合格的主要原因。

圖3 非金屬夾雜物形貌Fig.3 Morphology of the non-metallic inclusion

1.6 微觀分析

對45圓鋼斷面收縮率不合格試樣進行非金屬夾雜物檢測，如圖3所示。可見其存在較多B 類夾雜，最大2.5級。大尺寸夾雜物對材料的力學性能會產生嚴重影響。

圖4 白點缺陷的微觀形貌Fig.4 Micro morphology of the flake defects

2 分析與討論

如圖3A所示，經過增溫處理之后，美國薄荷葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量的變化趨勢一致，較對照均呈先升高后降低的趨勢。處理7 d時，增溫處理下薄荷葉片的葉綠素含量較對照顯著上升了15.2%（P=0.016<0.05），而處理14 d時，較對照顯著下降了10.0%（P=0.015<0.05）；如圖3B所示，處理7 d時，增溫處理下薄荷葉片的類胡蘿卜素含量較對照上升了3.6%，而處理14 d時，則較對照顯著下降了16.6%（P=0.020<0.05）。

由以上理化檢驗結果可知，45圓鋼斷面收縮率不合格試樣的化學成分、屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率均符合標準要求，金相檢驗結果表明其顯微組織正常，為均勻的珠光體+鐵素體，晶粒度8.0級。

非金屬夾雜物檢測結果表明，該批次45圓鋼斷面收縮率不合格試樣存在較多的B類夾雜，最大為2.5級。非金屬夾雜物是在鋼液脫氧及鋼液凝固兩種狀態下產生的。按照非金屬夾雜物的變形能力劃分，非金屬夾雜物分為塑形夾雜物、脆性夾雜物、不變形夾雜物，其中脆性夾雜物對鋼材的塑性和韌性有較大的影響，容易造成鋼材試樣脆斷。

該批次45圓鋼斷面收縮率不合格試樣的斷口可見明顯的白點缺陷，白點內均未發現夾雜物，斷口表現為典型的氫致斷口形貌，判斷氫致白點缺陷是造成該次斷面收縮率不合格的主要原因。一般認為，白點的形成，主要是由鋼中的氫造成的。在鋼液冷卻時，氫的溶解度降低，在晶界、夾雜物、內部孔洞處富集，同時造成飽和沉淀，降低鋼中原子的結合力，鋼件受力時，在氫的富集處爆裂，從而產生白點缺陷[1-3]。白點的存在，嚴重破壞了45圓鋼的基體連續性，易使45圓鋼脆斷，降低了45圓鋼的力學性能。

3 結論及建議

該批次45圓鋼中存在較多的非金屬夾雜物和氫致白點缺陷，使得鋼材產生應力集中，破壞了基體的連續性，降低了45圓鋼的力學性能，造成該批次45圓鋼斷面收縮率的合格率較低。

建議對45圓鋼生產時可能影響非金屬夾雜物和氫含量的各工序進行嚴格控制。如全程采取保護澆鑄方式，使用專供方坯使用的保護渣，防止鋼液外露接觸空氣；結晶器全程采用電磁攪拌工藝，使夾雜物受力上浮；加強設備排查及點檢，杜絕精煉爐等設備漏水造成鋼中氫含量的上升等。