鋼片表面異常原因分析

康 元，徐 昊

（航天精工股份有限公司，天津 300300）

某型號鋼片在進行表面處理打磨期間發現表面有疑似裂痕，經過鍍鋅表面處理后缺陷更加明顯。此產品為45號鋼，首先將圓鋼切割成圓片，經調制處理后進行打磨，機械加工到相應尺寸并鉆安裝孔，最后表面鍍鋅處理。

1 分析內容及方法

為找出表面異常原因，對3件故障件（編號為1#、2#、3#）進行化學分析、宏觀微觀形貌觀察、能譜成分分析、金相檢測分析異常原因。

1.1 化學成分

采用電感耦合等離子體發射光譜進行化學成分檢測，結果見表1。符合45號鋼化學成分要求。

表1 故障件化學成分（%）

1.2 宏觀觀察

對1#、2#、3#圓片進行外觀檢查，1#圓片在中間位置有疑似裂紋缺陷，長約0.5mm。2#圓片表面靠近邊緣部位呈現白色點狀缺陷。3#圓片表面中間部位呈現黑色點狀缺陷。其外觀形貌如圖1所示。

圖1 故障件外觀形貌

1.3 微觀形貌檢查

切取樣品表面異常區域，超聲波清洗放入掃描電鏡下對其表面形貌進行觀察。1#圓片缺陷位置為裂紋形貌，裂紋區域鍍層已掉落，周圍有少量腐蝕點，能譜檢測可見缺陷區域已漏出基體材料成分，將鍍鋅層去掉后采用掃描電鏡觀察，發現表面有損傷痕跡，損傷周圍金屬有折疊現象，形貌及能譜如圖2所示。2#圓片缺陷位置為點狀腐蝕形貌，能譜分析缺陷區域有氧元素，如圖3所示。3#圓片缺陷位置也為點狀腐蝕形貌，能譜分析缺陷區域有氮元素，如圖3所示，鍍層表面有氧、氮等氣體元素為空氣中暴露后所形成。

圖2 1#圓片缺陷位置表面形貌及能譜

圖3 2#圓片缺陷位置表面形貌及能譜

圖4 3#圓片缺陷位置表面形貌及能譜

1.4 金相組織檢查

將故障件切下的部分的進行微觀組織檢查。1#圓片裂紋區域縱向深約7mm，裂紋兩側有球狀氧化物及硫化物夾雜聚集，其余部分夾雜物較少，腐蝕后發現顯微組織有帶狀偏析現象，裂紋位于其中其中一處偏析處，如圖5所示。2#和3#圓片無裂紋，存在少量的非金屬夾雜物，組織有帶狀組織偏析，無裂紋，如圖6和圖7所示。

圖5 1#非金屬夾雜及顯微組織（縱向）

圖6 2#顯微組織（橫向）

圖7 3#非金屬夾雜及微觀組織（縱向）

2 綜合分析

該3件鋼片均存在帶狀組織偏析，1#樣有非金屬夾雜物聚集，在熱處理過程中熱應力作用，導致鋼片沿中心處開裂。2#、3#未發現有裂紋，外側表面說明表面鍍鋅鈍化層已被破壞，表面鋅層已經被氧化[1]，鍍鋅表面缺陷為鍍鋅過程中腐蝕現象。

3 結論及建議

（1）該鋼片表面缺陷有開裂現象，鍍鋅表面有腐蝕現象。由于原材料的顯微組織具有偏析和非金屬夾雜物聚集，建議加強對原材料縱向夾雜物和帶狀組織偏析質量控制，同時加強加工過程產品防護。

（2）已加工的產品建議采用超聲波探傷進行挑選有裂紋鋼片。