热轧圆钢中心缺陷原因分析

热加工行业论坛（www.rjghome.com）——热加工行业人员的网上技术交流家园。以冶炼、铸造、锻压、焊接、热处理、理化检测等相关知识为主，以机加工、电脑设计等知识为辅的行业技术网站。点击标题下蓝字“热加工论坛”免费关注，我们将为您提供铸造、锻造、热处理、焊接方面知识的延伸。

50Mn圆钢强度、弹性和硬度均较高，通常经调质后用作承受应力零件、高耐磨零件、高应力的零件，高频淬火后还可以制造蜗杆、连杆及汽车曲轴等工件。其淬透性较高，热处理后强度、硬度、弹性均高于50 号钢。客户采用某钢企经“电炉→LF 炉外精炼→ 连铸（240mm × 240mm）→ 轧制∅115mm→缓冷”工艺流程生产的热轧圆钢，再经“原材料-下料-打中心孔-调质（淬火880±10℃+回火600±20℃）-车加工零件”流程进行加工，热处理后用便携式探伤仪进行UT 探伤发现中心区域存在缺陷，而对同批热轧圆钢UT 探伤检验10%以上存在疑似中心裂纹缺陷，取样如下图1 所示。因用户工艺无法消除中心裂纹等缺陷而显著降低轴类零件的力学性能及疲劳性能。本文重点对该缺陷的原因进行查找和分析，并提出了相应改进建议。

试验结果与分析

1.1 化学成分分析

采用QSG750 型号直读光谱仪对缺陷圆钢样品化学成分分析结果见表1。

分析结果表明：缺陷样品件圆钢化学成分符合技术协议要求，有害元素尤其是P、S 等元素控制较低，样品气体氢含量未作检测，因样品制作过程易扩散无法准确测量。1.2 低倍检验 对50Mn圆钢试样UT探伤缺陷较重的2个区域（见图1）切片进行低倍酸洗检验，试样酸洗后形貌见图2:1#及2#试样低倍中心区域存在1-3条无规律分布的细小裂纹，裂纹非长度2~4mm，锯齿状特征，均无方向性的弥散分布在试样心部区域。

1.3 金相检验 对图2中2#样品进行金相制样，经4%硝酸酒精腐蚀后金相观察，金相检验表明，裂纹两侧无氧化及脱碳现象，未发现夹杂物等冶金缺陷存在，裂纹呈明显的穿晶、沿晶特征，晶粒尺寸约7.0 级，未见过热等倾向，基体组织为半网状铁素体+珠光体组织，属于正常的热轧显微组织，见图3。

1.4 宏观断口检验 把图2 中2#低倍试样过中心锯切成长条状后进行淬火处理，再垂直于条状试样过心部区域开一“槽形缺口”，最后把试样沿槽形缺口处打断。试样淬火断口处存在一处亮白色区域，与低倍裂纹处重合，正常部位为暗灰色的瓷状断口，疑似白点氢脆裂纹，见图4。

1.5 SEM电镜观察 图2 中2#试样淬火断口处的亮白色区域采用SEM 电镜进行观察，该区域断口呈冰糖状形貌，呈穿晶、沿晶特征，晶粒清晰完整，尺寸正常，界面比较光滑，未发现夹杂等冶金缺陷，其它区域为正常的解理或准解理断面特征，存在明显的二次裂纹。 SEM 观察形貌证实具有典型的白点氢脆裂纹特征，产生于淬火断口形成前，见图5(a)~(d)。

讨论分析

经过低倍、金相、断口及SEM 电镜观察形该中心缺陷确认为白点。因白点缺陷在钢中造成应力集中，使钢材的伸长率、断面收缩率、冲击韧性等韧塑性指标显著下降，并使钢性能变脆，在较低的应力作用下，导致零件异常失效，所以存在白点的钢不能使用。白点的存在容易使工件在热处理时开裂并可能造成突然破坏的重大事故。关于白点裂纹的形成，普遍认为，当钢中的含氢量超过某一限值，伴随着冷却过程钢材温度降低，氢在钢中的溶解度减小，如果氢含量达到饱和而未能及时扩散逸出，易在钢中的夹杂物、晶界、位错、第二相粒子等微观缺陷处产生聚集，氢原子形成氢分子时急剧膨胀，当造成的应力超过钢的破断强度时使金属基体局部撕裂，而形成应力裂纹即“白点”。一般条件白点形成的温度区间为250℃~100℃，而氢扩散系数最大温度区间为650℃~300℃，故在300℃以下来不及充分扩散溢出的氢就容易形成白点。当轧材和锻件的尺寸较大时，由于高温塑性变形及温度分布不均匀，增加冷却过程的热应力，且氢原子的扩散溢出所需的时间更长，缓冷条件不良或降温速度过快导致氢原子无法充分溢出，也易形成白点缺陷。根据白点的形成机理，为白点缺陷的预防提供了有效途径。据此批50Mn 热轧圆钢的生产过程调查得知：钢在冶炼时未经真空脱气处理，上连铸前钢水氢含量较高3ppm~4ppm；轧后进缓冷坑堆放于最上层未加盖，环境温度5℃以下且规格较大∅115mm。上述钢水氢含量高、冷却条件不佳、规格较大、钢种氢脆裂纹敏感性等因素的叠加符合白点缺陷产生的充要条件。实际生产过程中应根据具体情况，采取不同措施，才能对白点进行有效的预防控制。针对氢脆裂纹敏感钢种可在冶炼时过真空处理控制钢中氢含量，不同规格采用合理的轧后冷却工艺或及时去氢退火等措施。经过验证，采用冶炼真空脱气处理及轧材入热坑加盖缓冷方式生产的∅120mm 轧材UT 探伤全部合格，样品宏观低倍如下图6 所示。

结论及建议

(1)50Mn 热轧圆钢UT 探伤中心缺陷，经低倍、金相、断口及SEM 电镜观察等分析确认为白点氢脆裂纹。

(2)造成这种白点缺陷的原因是钢中氢含量较高、规格较大、轧后冷却效果不佳及钢种本身裂纹敏感性较强，导致氢原子未能充分扩散溢出，而形成白点缺陷。(3)针对50Mn大规格热轧圆钢建议冶炼时采用真空脱气处理及轧后高温进热坑盖冷或扩氢退火处理，预防白点裂纹避免造成更大的质量及经济损失。(4)采用冶炼经真空处理及轧材下线快速进热坑加盖缓冷，同环境温度下生产的50Mn热轧圆钢UT探伤合格率100%。作者：文/中天钢铁集团有限公司●左锦中

免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。但因转载众多，或无法确认真正原始作者，故仅标明转载来源，如标错来源，涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将在第一时间协商版权问题或删除内容！

还有更多精彩内容，继续阅读！

热加工企业名录，免费收录热加工企业网站！www.chinarjg.net