型鋼表面線狀缺陷分析與研究

黃 倩

（中鐵建電氣化局集團(tuán)科技有限公司，河北 保定 074000）

目前，隨著經(jīng)濟(jì)及制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，各類型鋼因其良好的結(jié)構(gòu)性能已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，型鋼因強度、塑韌性等綜合性能好，可用于疲勞振動及沖擊載荷較大的環(huán)境結(jié)構(gòu)中[1]，已成為應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)材料。

隨著型鋼需求量的日益增加，其生產(chǎn)量在逐漸加大，其在生產(chǎn)過程中也經(jīng)常會出現(xiàn)各類缺陷，如裂紋、劃痕、折疊、結(jié)疤等[2]，以上缺陷的存在會降低鋼材的力學(xué)性能，有些危險性較大的裂紋擴(kuò)展后甚至?xí)斐射摬牡拇鄶?，引發(fā)各類事故，產(chǎn)生不良影響，因此對各類缺陷應(yīng)充分重視，避免使其擴(kuò)展造成更加惡劣的影響。本文主要分析了實際工作中遇到的一例型鋼表面出現(xiàn)的線狀缺陷問題，通過對其性能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗及分析，確定該線狀缺陷的類別，避免在應(yīng)用過程中產(chǎn)生重大影響。

1 問題描述

本文中描述的缺陷如圖1所示，為公司在例行工作中發(fā)現(xiàn)的型鋼表面缺陷。該線狀缺陷沿鋼材的軋制方向，長度約12mm，分布在型鋼表面的中部。初步分析，該缺陷類似裂紋，裂紋也是型鋼生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的一種缺陷類型，但目測無法得知其深度及內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織，鋼材的性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求也無法得知，故需通過進(jìn)一步的分析及檢驗檢測，確定該線狀缺陷的類別及對鋼材性能產(chǎn)生的影響。

圖1 型材表面缺陷

2 力學(xué)性能分析

為分析該缺陷的類別及對鋼材性能的影響，首先取樣對該型鋼的化學(xué)成分進(jìn)行檢測，表1為該型鋼化學(xué)成分檢測的結(jié)果。

表1 化學(xué)成分

從化學(xué)成分的分析結(jié)果可知，所檢測的元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求的范圍內(nèi)，該型材材質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)主要求。

化學(xué)成分符合要求后，取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗，主要對其進(jìn)行了拉伸性能、冷彎性能以及沖擊性能進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果見表2，表3，表4。

表2 拉伸性能

表3 冷彎性能

表4 沖擊性能

從力學(xué)性能檢測的結(jié)果來看，所檢項目均符合標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，型鋼的力學(xué)性能未受到影響。尤其是沖擊性能，型鋼的應(yīng)用環(huán)境中，會受到疲勞振動和沖擊力的作用，其沖擊性能尤為重要，若沖擊性能不達(dá)標(biāo)，可能會使鋼材發(fā)生脆斷。

3 顯微組織分析

將型鋼沿缺陷部位的橫截面經(jīng)金相切割機(jī)切割取樣，鑲嵌后開始制樣。使用粗細(xì)級數(shù)不同的砂紙由粗到細(xì)依次磨制，直至待觀察面無劃痕出現(xiàn)鏡面狀態(tài)，再用專用拋光機(jī)進(jìn)行拋光。經(jīng)過精磨后的試樣為在顯微鏡下清晰的看到各組織，需用4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕，并用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗，吹干后穩(wěn)妥保存，避免出現(xiàn)劃痕，等待觀察試樣的微觀結(jié)構(gòu)

圖2 為缺陷處的微觀組織圖片，通過對制取的試樣進(jìn)行顯微組織的分析，可知其基體組織為鐵素體和珠光體。

圖2 缺陷處組織

圖3 為缺陷擴(kuò)展方向的延伸方向上的夾雜物，測量缺陷附近非金屬夾雜的含量，在缺陷位置橫向和縱向進(jìn)行觀測，可知在缺陷內(nèi)部及其擴(kuò)展方向上，發(fā)現(xiàn)大量的片狀和塊狀的灰色氧化物和夾雜，并且整體沿缺陷方向呈帶狀分布，經(jīng)檢測，C類硅酸鹽夾雜1級，D類環(huán)球狀氧化物類0.5級。

圖3 缺陷擴(kuò)展方向的延伸方向上的夾雜物

對缺陷附近組織的晶粒度進(jìn)行檢測可知，缺陷附近平均晶粒度級別為7.5級，未出現(xiàn)晶粒粗大的現(xiàn)象。

對缺陷附近組織的脫碳情況進(jìn)行檢測可知，缺陷及其擴(kuò)展方向的氧化物和夾雜兩側(cè)發(fā)現(xiàn)鐵素體基體較多，橫截面缺陷位置處的總脫碳層深度為0.26mm，從結(jié)果可知輕微脫碳。脫碳現(xiàn)象嚴(yán)重的話，會造成材料的強度和硬度下降，影響材料整體的性能，如抗疲勞性、耐磨性等，結(jié)合力學(xué)性能分析的結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且脫碳現(xiàn)象不明顯，故該缺陷未影響材料的相關(guān)性能。

故綜合上述分析結(jié)果，該型材理化性能以及顯微組織、總脫碳層深度、晶粒度、非金屬夾雜物含量等性能的檢測均未發(fā)現(xiàn)異常，推斷該線狀缺陷為軋制過程中的折疊缺陷，雖不影響材料的性能，但鋼廠在鋼材的軋制過程中應(yīng)嚴(yán)格控制軋制工藝和軋制設(shè)備，避免在軋制過程中因雜質(zhì)、毛刺等異物的壓入而產(chǎn)生缺陷。

4 結(jié)論

本文對型材表面發(fā)現(xiàn)的線狀缺陷進(jìn)行相關(guān)檢測分析，可以得到：

（1）通過對型材化學(xué)成分、拉伸性能、冷彎性能、沖擊性能進(jìn)行分析檢測，均符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的技術(shù)要求。

（2）對該缺陷附近的顯微組織、總脫碳層深度、晶粒度大小、非金屬夾雜物進(jìn)行分析及檢測，發(fā)現(xiàn)基體組織為鐵素體和珠光體；在缺陷內(nèi)部及其擴(kuò)展延伸方向，有大量片狀和塊狀灰色氧化物和夾雜，整體沿缺陷方向呈帶狀分布；缺陷附近平均晶粒度級別為7.5級，沒有晶粒粗大的現(xiàn)象存在；缺陷及其擴(kuò)展方向的氧化物和夾雜兩側(cè)鐵素體較基體多，有輕微脫碳現(xiàn)象。

（3）初步推斷該型材表面的缺陷為折疊缺陷。軋制過程中應(yīng)嚴(yán)格控制軋制設(shè)備的工藝參數(shù)，防止產(chǎn)生類似缺陷。