“疤狀缺陷” 實例分析
案例一：
鑄坯角部橫向裂紋引起的板邊疤狀缺陷
材料名稱：Q345C
情況說明：
一批規格為1750mm（寬）×230mm （厚）的Q345C連鑄板坯，熱軋成1700mm（寬）×22mm (厚）的鋼板后，板邊出現大量疤狀缺陷，在同批生產的鋼卷中，有缺陷的鋼卷所占的比例高達23.42%, 而規格為1550mm (寬）×230mm (厚）的Q345C 連鑄板坯，熱軋成1500mm (寬）×22mm (厚）的鋼板后，鋼卷邊部缺陷所占的比例僅占3.09%。缺陷主要出現在鋼板上表面一側邊部（該側相當于鑄坯內弧側），距側面50mm的范圍內，缺陷多呈“折疊型”薄片狀疤塊沿軋制方向斷續分布，疤塊形狀和大小不一，一端與正常部位相連，另一端與正常部位分離，宏觀特征見圖1-46。微觀特征：
取鋼板截面試樣觀察，缺陷在截面表層呈裂紋形態，深度為0.3~0.8mm。高溫長時間氧化的特征十分明顯、裂紋內側有氧化鐵，一側有大量密集分布的氧化圓點。該類氧化圓點比較粗，放大200 倍下就能觀察到，與軋鋼裂紋周圍細小稀疏的氧化圓點有明顯區別，它是缺陷附近鋼基經高溫加熱氧化的產物。裂紋按形態分為兩類：一類呈粗大的半網狀（圖1-47) : 另一類呈折疊形態斜向伸入鋼基（圖1-48) 。經試劑浸蝕后，裂紋一側（出現氧化圓點側）組織有嚴重的脫碳（圖1-49)。根據以上特征初步判斷，缺陷在加熱軋制前就已存在，且位于板坯棱邊部或窄面。
鑄坯檢驗：
基于以上的檢驗和分析，取同爐同批次 Q345C 鋼的連鑄板坯邊部試樣作酸浸檢驗，試樣保留原始面。檢驗結果表明鑄坯側邊上角部（對應內弧）存在大量橫向裂紋，裂紋具有呈網狀分布的趨勢，兩端分布向寬面和窄面擴展，長度一般為7~30mm, 最長的45mm, 裂紋較細，寬度小于0.5mm, 裂紋多分布于振痕谷底，宏觀形貌見圖1-50。取鑄坯內弧角部裂紋試樣于光學金相顯微鏡下觀察，裂紋呈粗大的網絡狀分布，說明裂紋是沿著原奧氏體晶界裂開的。裂紋內嵌有氧化鐵，附近無非金屬夾雜物，亦無氧化圓點，見圖1-51。經試劑浸蝕后，角部有一層深度約8mm的非正常組織，該層組織為貝氏體和沿原奧氏體晶界分布的鐵素體，角部裂紋沿鐵素體分布（圖1-52) 。高倍下可以觀察到裂紋穿過鐵素體晶粒（圖1-53) , 說明裂紋是在鐵素體晶粒形成之后產生的。
鑄坯鉆孔軋制驗證：
為驗證以上判斷，找出鑄坯缺陷與熱軋鋼板邊部缺陷的對應關系，在Q345C 鑄坯試樣上做預制裂紋鉆孔試驗，孔徑均為Φ10mm, 孔深為20mm。鉆孔后的鑄坯按相同工藝熱軋成22mm 厚的鋼板。鑄坯鉆孔與鋼板缺陷的對應關系見表1-3。
表1-3 中鑄坯棱邊附近的1號、2號鉆孔，經熱軋后在板面上的邊部形成縱裂紋，該裂紋和上述板邊的疤狀缺陷處于相對應的部位，說明熱軋板邊部疤狀缺陷來源于鑄坯上表面棱邊部。在上述鋼板縱裂紋部位取橫截面金相試樣進行顯微觀察，裂紋伸入鋼基后沿板寬方向擴展，其內嵌有氧化鐵，周圍存在氧化脫碳，氧化圓點特征與鋼板疤狀缺陷處的氧化圓點基本相同（圖1-55) 。
從以上結果可以看出，帶有缺陷的鑄坯經高溫加熱和軋制后，由于沿缺陷縫隙內氧化的結果。在缺陷處形成由氧化鐵和密集分布的氧化圓點組成的氧化層，該氧化層在鋼基中似一夾層，在軋制時不能被軋合，遺留在鋼板表面便成為裂紋缺陷。高溫氧化試驗：
為判定連鑄板坯角部裂紋形成的工序環節，開展了高溫氧化試驗。取Q345C 鋼板還角橫裂試樣5件，放入無保護氣體的箱式爐內。分別在1250T℃、1100℃、1000℃、900℃和850℃溫度下加熱，保溫 30min 取出，然后磨制試樣進行金相觀察，結果列于表1-4。表1-4 裂紋周國氧化圓點特征
從表1-4 可以看出，在一定的保溫條件下，裂紋附近氧化圓點的形成溫度在900℃及更高溫度，隨溫度的升高，氧化圓點數量增多，尺寸變粗，而850℃的高溫試驗未發現氧化圓點。由此判斷，鑄坯角部裂紋應該在900℃以下的溫度范圍形成。鑄坯測溫結果：
對澆鑄Q345C 鋼時的二冷段矯直區溫度和出鑄機處的溫度進行了測試，結果見表1-5。
表1-5 Q345C鋼鑄坯測溫結果
鑄坯測溫結果表明，板坯越寬，則角部溫度低于寬面越多。
分析判斷：
上述檢驗結果表明，Q345C熱軋鋼板邊部疤狀缺陷是由連鑄板坯角部橫裂紋經加熱軋制演變成的。鑄坯角部橫裂紋處未發現氧化圓點，根據高溫氧化試驗結果分析，裂紋應在900℃以下形成，即該裂紋的形成不是在結晶器內（因結晶器坯殼溫度約為1200℃) , 而是在二冷段。鑄坯測溫結果表明，1750mm 寬板坯在二冷段矯直區及出鑄機處其角部溫度比大面低，該溫差比寬面為1550mm 的板坯大，表明板坯越寬則角部溫度低于寬面越多，造成寬板坯在矯直區產生的角部橫裂紋率高于窄板坯。板坯寬面和角部溫差大，造成寬面和角部組織不同，鑄坯寬面組織為鐵素體和珠光體；而角部組織為貝氏體和沿奧氏體晶界分布的鐵素體，這種組織是在兩相區（γ+α) 溫度快冷形成的。在（γ+α) 兩相區，初生鐵素體網膜沿γ晶界形成，由于高溫下α 的強度遠低于γ 的強度，在矯直張力的作用下，引起沿晶破壞。根據以上檢驗結果和分析，建議澆鑄Q345C寬板坯時，采用弱的二冷制度，提高板坯，尤其是板坯邊角部的溫度，以防止角部橫裂紋的發生。
鋼板裂紋實例分析
案例一：
稀土氧化物夾雜引起的裂紋
材料名稱：DB685
情況說明：
厚度為40mm的 DB685 熱軋鋼板，板面出現數量較多的小裂紋（圖1-17) 。
化學成分：取鋼板裂紋試樣作化學成分（質量分數，％） 分析，結果見表1-1。
表1-1 鋼板化學成分（w/%)
微觀特征：
用金相顯微鏡觀察鋼板縱截面試樣，裂紋分布在試樣表層，多呈樹枝狀沿變形最大方向擴展，裂紋處除氧化鐵外，還存在大量聚集分布的灰色顆粒狀夾雜物，見圖1-18和圖1-19。
圖1-18 鋼板表層樹枝狀裂紋及夾雜物
用電子探針背散射電子像觀察，裂紋處的夾雜物呈白色顆粒，能譜儀分析結果表明，夾雜物為鑭（w (La) =33. 30%) 和鈰（w (Ce) =52. 03%) 的氧化物，見圖1-20和圖1-21。分析判斷：
鋼板表層存在大量聚集分布的稀土（Le、Ce) 氧化物，這些夾雜物破壞了鋼的連續性，導致鋼板熱軋時表面產生裂紋。鋼中加入稀土的作用是凈化鋼液、夾雜物變性、微合金化等。通過結晶器喂稀土絲的方式加人。當稀土加入量相對過高及加入方式不當時，致使稀土金屬富余，富余的稀土金屬在高溫過程中會被氧化，形成高熔點的聚集分布的稀土氧化物夾雜。鑄坯中間裂紋引起的板面橫裂
材料名稱：50號鋼
情況說明：
一批50 號鋼連鑄板坯（坯厚250mm) , 軋制成厚度為85mm的鋼板后，在鋼板的下板面（即原鑄坯的上表面）出現大量長短不一的橫向裂縫，裂縫幾乎布滿整個板面。宏觀特征見圖1-25和圖1-26。
酸蝕檢驗：
取鋼板縱截面低倍試樣作熱酸蝕檢驗，鋼板內部有嚴重的裂紋。裂紋位于板面與中心之間，形狀不規則，多呈曲線狀，其中靠近下板面一側的裂紋距板面較近，有的已暴露，見圖1-27 。另外，從酸蝕面上還可以看到鋼板枝晶較發達。微觀特征：
取截面金相試樣進行顯微觀察，主裂紋附近有一些呈網絡狀分布的細裂紋、孔貌及 MnS 夾雜物（圖1-28）。
圖1-28 裂紋區域孔隙及MnS夾雜物
試樣用3%硝酸酒精溶液浸蝕后，正常部位組織為珠光體和網狀鐵素體。與之相比，裂紋區域珠光體量多且組織粗大，裂紋和孔隙多沿原奧氏體晶界分布，見圖1-29, 根據組織特征判斷，裂紋區域碳含量偏高（接近0.7%) 。試樣經磷偏析試劑（即奧勃氏試劑）浸蝕后，裂紋區域呈白亮色（圖1-30) 。用電子提針對金相磨面上的白亮區和非白亮區進行成分（質量分數，％） 對比分析，結果列于表1-2。表中白亮區w (P) 高達0. 22%, 說明白亮區為磷的強偏析區。表1-2 試樣白亮區和非白亮區成分對比（w/%)
分析判斷：
50號鋼鋼板下表面出現的大量橫向裂紋是由內部裂紋在熱軋過程中暴露所致。該裂紋位于板面與中心之間，相當于原鑄坯的柱狀晶區，裂紋處伴有C、P. S元素的偏析。這此特征與鑄坯中間裂紋相類似，因此可判斷裂紋是由鑄坯帶來的，且屬連鏈板坯中同裂紋。
案例三：
軋制原因引起的板面橫裂紋
材料名稱：SPHC
情況說明：
SPHC 連鑄板坯、熱軋成厚度為3mm的鋼板后，上板面出現間隔幾乎相等的周期性橫向微裂紋。用過硫酸銨水溶液擦拭板面后，裂紋特征更加明顯，呈曲線狀分布，見圖1-38。微觀特征：
裂紋在鋼板縱截面表層呈雙條對稱分布、附近無高溫氧化特征，見圖1-39。經試劑浸蝕后，試樣正常部位組織為鐵素體和少量三次滲碳體、晶粒度為10級，裂紋兩側的晶粒存在差異，一側晶粒較細，晶粒度為11級：另一側晶粒與正常部位基本相同、晶粒度為9. 5級，見圖1-40。
分析判斷：
裂紋在板面上的分布具有周期性，在縱截面上是雙條對稱分布、附近無高溫氧化特征，表明裂紋是在軋制過程中形成的折疊缺陷。
（文章來源：每天學點熱處理；作者：曙光）
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