通訊作者:王慶良(1966-),男,江蘇徐州人，教授,博士,主要從事材料摩擦學(xué)研究.

SWCr8熱軋板表面裂紋原因分析

張恒1，趙欣1，續(xù)維1，王慶良2

(1.寶鋼特鋼有限公司，上海200940；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 徐州221116)

摘要：針對(duì)SWCr8冷作模具鋼在熱軋過程中出現(xiàn)表面裂紋的問題，選取典型缺陷試板，采用金相、掃描電鏡及能譜等分析手段對(duì)表面裂紋進(jìn)行解剖分析.結(jié)果表明，SWCr8熱軋板表面裂紋出現(xiàn)的原因是連鑄坯本身存在裂紋、卷渣缺陷以及熱送溫度過低所導(dǎo)致的坯料應(yīng)力開裂.

關(guān)鍵詞：SWCr8；熱軋板；表面裂紋

收稿日期：2014-11-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAEL3B00);國(guó)家自然科學(xué)

作者簡(jiǎn)介：張恒(1980-),男,上海人，工程師,碩士,主要從事中厚板相關(guān)技術(shù)研究.

中圖分類號(hào)：TG333.7+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

SWCr8鋼是在Cr12MoV鋼種的基礎(chǔ)上進(jìn)行低合金低成本優(yōu)化的冷作模具鋼，是一種典型的高碳高鉻馬氏體鋼[1].它淬硬傾向大，沖擊韌性差，裂紋敏感性強(qiáng)，在連鑄熱軋生產(chǎn)中極易出現(xiàn)連鑄缺陷和熱軋缺陷，前者如角部裂紋、表面裂紋和夾雜物等[2|4]，后者如縱裂、邊裂等[5|7].這些缺陷的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了熱軋板的正常生產(chǎn)并給企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失.

由于SWCr8鋼在空冷條件下即有強(qiáng)烈的馬氏體相變傾向，韌塑性較差，且裂紋敏感性強(qiáng)，在坯料冷送時(shí)需進(jìn)行退火處理，而熱送時(shí)則要嚴(yán)格控制二次切割溫度及熱送溫度，以避免坯料出現(xiàn)應(yīng)力裂紋[8|9].此類裂紋缺陷一旦出現(xiàn)，熱軋過程中會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展延伸，導(dǎo)致大面積的縱裂、橫裂、邊裂及表面裂紋.有時(shí)即使嚴(yán)格控制了坯料質(zhì)量，如果熱軋生產(chǎn)中的加熱、退火等工藝控制不當(dāng)，仍然會(huì)出現(xiàn)不同形態(tài)的裂紋缺陷，而且隨機(jī)性很大.因此，對(duì)熱軋板裂紋的辨識(shí)和控制具有非常大的技術(shù)難度[10|12].本文對(duì)SWCr8鋼在試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的不同程度的縱裂與月牙形裂紋進(jìn)行解剖分析，研究表面缺陷出現(xiàn)的主要成因，可為熱軋板的生產(chǎn)提供借鑒與參考，并杜絕此類缺陷在后續(xù)生產(chǎn)中的再次出現(xiàn).

1　材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料為SWCr8熱軋鋼板.首先對(duì)熱軋板表面出現(xiàn)的縱裂與月牙形裂紋進(jìn)行表面宏觀形貌觀察，選取特征缺陷區(qū)域取金相試樣，采用4%硝酸乙醇進(jìn)行侵蝕，運(yùn)用蔡司正立式顯微鏡(Axio Lab.A1)觀察金相形貌.其次將裂紋缺陷進(jìn)一步解剖并運(yùn)用蔡司Ultra55熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)缺陷內(nèi)部形貌進(jìn)行觀察分析，運(yùn)用能譜(EDS)分析微區(qū)成分.

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1宏觀形貌分析

圖1給出了SWCr8熱軋板表面缺陷的宏觀形貌，圖中白色箭頭代表軋制方向，白色圈內(nèi)為表面缺陷部位.從圖1(a)可以看到，熱軋板表面出現(xiàn)多處縱裂，這些縱裂多出現(xiàn)在熱軋板的中心位置，方向無規(guī)律性，長(zhǎng)度50~400 mm不等.中心縱裂并非普遍現(xiàn)象，僅出現(xiàn)在同一爐次的單張熱軋鋼板表面.圖1(b)為熱軋板表面的月牙形裂紋，其裂紋走向幾乎與軋制方向垂直，與中心縱裂不同的是，月牙裂多次多板出現(xiàn).

圖1　SWCr8熱軋板表面缺陷裂紋形貌

對(duì)缺陷熱軋板進(jìn)行切割取樣，取樣位置如圖2(a)所示，圖2(b)為切割后截面圖，目測(cè)裂紋已發(fā)生開口.分別將兩種裂紋沿圖2(b)中白色劃線處解剖，進(jìn)行組織形態(tài)分析.圖3(a)為中心縱裂缺陷的拋光組織形態(tài)，裂紋的開口約1 mm，深度約2 mm，裂紋內(nèi)部已發(fā)生二次氧化.由圖3(c)和(d)所示的裂紋內(nèi)部及其尖端的脫碳情況分析可知，裂紋已發(fā)生完全脫碳.圖3(b)為中心月牙形裂紋，裂紋深度為0.3~0.5 mm，裂紋內(nèi)部同樣發(fā)生了二次氧化.圖3(e)和(f)脫碳圖片顯示，裂紋內(nèi)部及其尖端同樣已發(fā)生完全脫碳.綜合以上分析，可以判定中心縱裂與月牙形裂紋非退火不當(dāng)造成的應(yīng)力裂紋，根據(jù)其脫碳情況，可以認(rèn)為裂紋應(yīng)在軋制加熱前已產(chǎn)生.

圖2　SWCr8熱軋板表面缺陷試樣的取樣位置

圖3　缺陷處金相形貌分析

續(xù)圖3　缺陷處金相形貌分析

2.3顯微形貌分析

分別取上述試樣，對(duì)其裂紋內(nèi)部進(jìn)行SEM形貌觀察及能譜成分分析，中心縱裂的分析結(jié)果見圖4和表1.元素成分分析表明，中心縱裂裂紋內(nèi)部主要是氧化鐵，而內(nèi)氧化層存在Fe、Cr、Si、Mn的混合氧化物,說明裂紋在軋制加熱或軋后退火時(shí)已存在，并進(jìn)一步發(fā)生氧化.表2的內(nèi)氧化層中夾雜物能譜分析表明，其成分主要為保護(hù)渣的殘余物，且此類異物非常少.月牙裂紋SEM形貌及能譜分析結(jié)果見圖5和表3.月牙裂紋內(nèi)部同樣存在Fe、Cr、Si、Mn的混合氧化物，可見裂紋同樣在軋制加熱或軋后退火時(shí)已存在，裂紋內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)保護(hù)渣殘余.

圖4　中心縱裂SEM圖及能譜分析部位

%

表2　中心縱裂內(nèi)氧化區(qū)及夾雜物元素成分　%

圖5　月牙裂SEM形貌及能譜分析區(qū)域

%

3　分析與討論

SWCr8熱軋板表面存在中心縱裂，開口情況較嚴(yán)重，但其深度較淺，未發(fā)生嚴(yán)重的二次裂紋，裂紋深度為2~5 mm.月牙形裂紋深度同樣較淺，一般在2 mm以內(nèi).中心縱裂與月牙形裂紋并非退火不當(dāng)造成，在軋制加熱或軋后退火前已存在，因此發(fā)生了較嚴(yán)重的二次氧化.鑒于中心縱裂裂紋內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有保護(hù)渣殘余成分，可判斷連鑄坯本身存在裂紋與卷渣缺陷，在熱軋中裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展.

表面檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重縱裂及月牙裂缺陷的鋼板主要出現(xiàn)在第3長(zhǎng)坯與第4長(zhǎng)坯，而連鑄生產(chǎn)中第3長(zhǎng)坯與第4長(zhǎng)坯的坯表面質(zhì)量明顯好于第2長(zhǎng)坯，所不同的是第3長(zhǎng)坯及第4長(zhǎng)坯的熱送溫度過低，如第4長(zhǎng)坯熱送最低表面溫度僅為220 ℃.由于SWCr8鋼空淬馬氏體傾向大，過低熱送溫度可能導(dǎo)致馬氏體轉(zhuǎn)變，在熱應(yīng)力與相變應(yīng)力的作用下，造成坯料表面或次表層出現(xiàn)應(yīng)力裂紋及裂紋擴(kuò)展，進(jìn)而在熱軋中出現(xiàn)表面宏觀裂紋缺陷.因此，可以判斷熱送溫度過低是此次造成表面縱裂及月牙裂的主要原因.

4　結(jié)語

表面裂紋是熱軋板生產(chǎn)中常見缺陷之一，SWCr8鋼種在熱軋過程中較普碳鋼板更加容易出現(xiàn)裂紋缺陷.因此，對(duì)于類似SWCr8的馬氏體相變強(qiáng)烈的鋼種應(yīng)該嚴(yán)格控制坯料表面與內(nèi)部質(zhì)量，特別是在生產(chǎn)中必須嚴(yán)格執(zhí)行退火處理工藝與熱送工藝，才能避免坯料發(fā)生應(yīng)力開裂.

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳曉春,謝塵.國(guó)內(nèi)外冷作模具鋼發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].模具工業(yè),2013,39(12):1|11.

[2] 張專利,任勇.熱軋板裂紋成因分析[J].南方金屬,2008(2):14|16.

農(nóng)民心里有桿秤，天脊與農(nóng)民心連心。天脊人專注硝酸磷型復(fù)合肥事業(yè)，終端用戶不斷增加，詮釋了“天脊品牌、中國(guó)品質(zhì)，始終如一、良心制造”的內(nèi)涵。

[3] 陳茂敬.08Al熱軋板表面縱裂紋原因分析[J].中國(guó)重型裝備,2012(1):43|45.

[4]王世俊,郭甲男,周云,等.南鋼熱軋中厚板表面裂紋缺陷分析[C].北京：第七屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集,2009:26|31.

[5] Martin G,Yerra S K,Brechet Y,et al.A macro|and micromechanics investigation of hot cracking in duplex steels[J].Acta Materialia,2012,60:4646|4660.

[6] 鐘政燁,盛光敏.200系奧氏體不銹鋼熱軋裂紋的產(chǎn)生原因及其工藝改進(jìn)[J].機(jī)械工程材料,2010,34(4):79|82.

[7] Fang Y L,Liu Z Y,Wang G D.Crack properties of lean duplex stainless steel 2101 in hot forming process[J].Journal of Iron and Steel Research,International,2011,18(4):58|62.

[8] 羅衍昭,張炯明,肖超,等.熱裝微合金化中厚板表面裂紋的研究現(xiàn)狀[J].煉鋼,2011,27(4):74|78.

[9] 屈芙渠.連鑄坯軋板探傷不和的原因及采取的工藝措施[J].寬厚板,2007,7(3):22|25.

[10] 李海生.淺析Cr12W質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因及采取的措施[J].特鋼技術(shù),2003,35(8):23|26.

[11] Kato T,Ito Y,Kawamoto M,et al.Prevention of slab surface transverse cracking by microstructure control[J].ISIJ International,2003,43(11):1742|1750.

[12] 高雅,孫建林,朱作鑫.熱軋潤(rùn)滑對(duì)中厚板軋制力和表面特征的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,33(9):1111|1115.

Analysis of Surface|cracks of SWCr8 Hot|rolling Plate

ZHANG Heng1, ZHAO Xin1, XU Wei1, WANG Qingliang2

(1.Baosteel Special Steel Co. Ltd., Shanghai 200940, China;

2.School of Material Science and Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

Abstract:The surface cracks of SWCr8 plate were found during the hot|rolling process.The typical defect plate sample was selected to study by means of microscopy, scanning electron microscopy and energy spectrum analysis.The results showed that the surface crack of SWCr8 hot|rolling plate was caused by the surface or sub|surface cracks of the continuous casting slab,slag entrapment defects and the stress cracks induced by low hot charging temperature.

Key words:SWCr8；hot|rolling plate；surface crack

(編輯武峰)