45圓鋼斷面收縮率不合格原因

馮治勝

(天津鋼鐵集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心,天津 300301)

45圓鋼是常見的中碳調(diào)質(zhì)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，具有較高的強(qiáng)度和良好的切削加工性能，常用于制造較高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)零件，如重型機(jī)械及通用機(jī)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)，某批次45圓鋼斷面收縮率的一次合格率僅為85.21%。這嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)貨周期及用戶使用。該批次45圓鋼的主要生產(chǎn)流程為鐵液預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→LF精煉→方坯連鑄→冷床→檢驗(yàn)→蓄熱式步進(jìn)梁式加熱爐加熱→除鱗→粗軋→中軋→精軋→剪切定尺→成品檢驗(yàn)。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(jìn)行了一系列檢驗(yàn)和分析，以確保45圓鋼斷面收縮率的一次合格率高且穩(wěn)定。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

對45圓鋼斷面收縮率不合格的試樣進(jìn)行宏觀觀察,如圖1所示?？梢姴缓细裨嚇訑嗫谔幙s頸不明顯，斷面平齊，且能觀察到明顯的白點(diǎn)缺陷。

(一)投資風(fēng)險(xiǎn)問題，投資風(fēng)險(xiǎn)主要是由于公司面臨外部市場環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，造成公司的實(shí)際投資收益與預(yù)期投資收益出現(xiàn)偏差的風(fēng)險(xiǎn)問題。投資風(fēng)險(xiǎn)大致可以分為實(shí)物投資風(fēng)險(xiǎn)和金融投資風(fēng)險(xiǎn)。前者主要包括經(jīng)營投資、流動(dòng)資產(chǎn)投資、無形資產(chǎn)投資風(fēng)險(xiǎn)；后者主要包括了市場、通貨膨脹以及利率等風(fēng)險(xiǎn)問題。

1.2 拉伸試驗(yàn)

45圓鋼斷面收縮率不合格試樣的拉伸性能如表1所示?？梢娖淝?qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率均符合GB/T 699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》中的相關(guān)要求，而斷面收縮率僅在32%～38%之間，均值為36%，不符合標(biāo)準(zhǔn)中斷面收縮率不小于40%的要求。

1.3 化學(xué)成分分析

對45圓鋼斷面收縮率不合格試樣取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2?？梢姼髟睾烤螱B/T 699-2015的成分要求。

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

1.4 金相檢驗(yàn)

配置的過程要根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，配置活動(dòng)要具有規(guī)律性，配置環(huán)節(jié)尤其要注意混凝土的調(diào)配比例是否科學(xué)，比例的科學(xué)性將直接關(guān)系到交通土建工程建設(shè)的質(zhì)量。在實(shí)際配比工作中需要安排專業(yè)的技術(shù)人員對調(diào)配工人進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)調(diào)配工作的重要性，確定最佳的調(diào)配混合實(shí)踐。由于操作工人并不具備全面的專業(yè)知識(shí)，因此現(xiàn)場指導(dǎo)人員要盡可能保證指導(dǎo)工作的全面性，包括時(shí)間控制、比例確定以及調(diào)配要素的選擇等各個(gè)方面。從混凝土的調(diào)配階段開始就要做好質(zhì)量控制工作。

對45圓鋼斷面收縮率不合格試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，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(jí)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(jìn)行斷口形貌觀察,如圖4所示?？梢姅嗝嫔洗嬖诙嗵幇c(diǎn)缺陷，且白點(diǎn)內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)夾雜物，此區(qū)域形貌特征表現(xiàn)為典型的氫致斷口形貌。初步判斷氫致白點(diǎn)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(jìn)行非金屬夾雜物檢測，如圖3所示?？梢娖浯嬖谳^多B 類夾雜，最大2.5級(jí)。大尺寸夾雜物對材料的力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

圖4 白點(diǎn)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(jīng)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，則較對照顯著下降了16.6%（P=0.020<0.05）。

由以上理化檢驗(yàn)結(jié)果可知，45圓鋼斷面收縮率不合格試樣的化學(xué)成分、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，金相檢驗(yàn)結(jié)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(jí)。

非金屬夾雜物檢測結(jié)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(jí)。非金屬夾雜物是在鋼液脫氧及鋼液凝固兩種狀態(tài)下產(chǎn)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(diǎn)缺陷，白點(diǎn)內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)夾雜物，斷口表現(xiàn)為典型的氫致斷口形貌，判斷氫致白點(diǎn)缺陷是造成該次斷面收縮率不合格的主要原因。一般認(rèn)為，白點(diǎn)的形成，主要是由鋼中的氫造成的。在鋼液冷卻時(shí)，氫的溶解度降低，在晶界、夾雜物、內(nèi)部孔洞處富集，同時(shí)造成飽和沉淀，降低鋼中原子的結(jié)合力，鋼件受力時(shí)，在氫的富集處爆裂，從而產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷[1-3]。白點(diǎn)的存在，嚴(yán)重破壞了45圓鋼的基體連續(xù)性，易使45圓鋼脆斷，降低了45圓鋼的力學(xué)性能。

3 結(jié)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(diǎn)缺陷，使得鋼材產(chǎn)生應(yīng)力集中，破壞了基體的連續(xù)性，降低了45圓鋼的力學(xué)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(chǎn)時(shí)可能影響非金屬夾雜物和氫含量的各工序進(jìn)行嚴(yán)格控制。如全程采取保護(hù)澆鑄方式，使用專供方坯使用的保護(hù)渣，防止鋼液外露接觸空氣；結(jié)晶器全程采用電磁攪拌工藝，使夾雜物受力上浮；加強(qiáng)設(shè)備排查及點(diǎn)檢，杜絕精煉爐等設(shè)備漏水造成鋼中氫含量的上升等。