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1、工业纯铁方坯表面裂纹形成原因的分析曾 静 许晓桂 张友登 刘 静 陈方玉摘 要 采用金相检验、电子探针、透射电镜分析等方法,对工业纯铁方坯表面出现裂纹的原因进行了分析,结果表明:方坯在加热轧制过程中大量的第二相沿晶界析出是导致纯铁方坯产生网状裂纹的主要原因。关键词 工业纯铁 析出物 表面裂纹CAUSETOSURFACECRACKINGOFINDUSTRIALPUREIRONBILLETSZengJing XuXiaoGui ZhangYoudeng LiuJing ChenFangyu(WuhanIronandSteelCorp.)Synop
2、sis Causestotheformationofthesurfacecrackingsinthepureindustrialironareanalyzedbymetalloscopy,electronprobemicro-analysisandtransmissionelectronmicroscopeexamination.Resultsshowthatprecipitationofthesecondphaseinlargequantityintheprocessofpreheatingbilletsistheprimarycausel
3、eadingtotheoccurrenceofthereticularcrackingsinthepureindustrialiron.Keywords pureindustrialiron precipitant surfacecracking1 前 言 某厂生产的工业纯铁质量一直十分稳定,但在某次生产试验中,在加热轧成方坯后出现严重的表面裂纹。本文对出现表面裂纹的原因进行了分析。2 试验结果2.1 化学成分分析 对纯铁缺陷方坯取样进行化学成分复验,结果列于表1。表1 工业纯铁化学成分(w) %元素CSiMnPCuSAlSA0.0027
4、0.0180.0440.0090.0400.00490.005B0.00920.0160.0350.0080.0380.0060＜0.0052.2 宏观检验 图1为该工业纯铁轧成方坯后表面裂纹缺陷宏观照片。裂纹大量分布于方坯表面和棱边,呈网络状、波纹状特征,裂口宽大且较深。图1 表面裂纹缺陷宏观特征2.3 酸浸低倍检验 取缺陷方坯横截面低倍试样,用过硫酸铵水溶液浸蚀后进行宏观低倍检查。 方坯A中裂纹由表面向内倾斜延伸,深度约5mm左右。除4个角部晶粒较粗大外,整个截面上低倍组织均匀,局部可见少量针孔缺陷,见图2。图2 方坯A低倍组织
5、方坯B中裂纹由表面向内倾斜延伸,深度约5～15mm,有的裂纹呈网络特征。截面上晶粒明显不均匀,4个角部和心部晶粒明显粗大,局部地方有少许针孔缺陷,见图3。图3 方坯B低倍组织2.4 金相观察 在缺陷坯的裂纹部位取金相试样数件,分别磨制方坯的表面和截面观察。磨掉表面氧化铁皮后可观察到除裂口较大的裂纹外,整个试样表面还分布有大量细小的网状裂纹。在光学显微镜下,裂纹沿粗大的奥氏体晶界破坏,形态断续曲折,分支较多。开裂处晶界氧化,氧化网络所勾画的晶粒轮廓颇为粗大。用试剂浸蚀后观察,可见局部组织晶粒有反常长大特征,这些显微特征说明金属在加热炉内加热时
6、温度有过高的倾向,见图4及图5。图4 磨面为表面试样上裂纹沿晶界分布及周围组织晶粒反常长大特征 50×图5 磨面为截面试样上裂纹沿晶界分布特征 50× 光学显微镜下未观察到铜的富集相网络存在,亦未观察到非金属夹杂物与裂纹有关联的显微特征。2.5 电子探针分析 用JXA8800R型电子探针对缺陷试样作微区成分分析,沿晶界裂纹内覆盖的灰色氧化物主要为氧化亚铁,局部细小裂纹(晶界)上有硫的偏聚分布。某些开裂的晶界壁上可观察到韧窝花样,韧窝中附着一些化合物,它们的微区成份主要含O、Al、Si、S、Ca等元素。这表明晶界裂纹是晶界析出物引起的沿晶韧
7、性断裂。2.6 透射电镜观察 在有裂纹的金相磨面上制成复型样,用JEM—2000FXⅡ型透射电镜观察,发现金属基体上有大量的第二相析出物质点。图6为这些析出物质点透射扫描像,从图中可看出这些析出物质点有沿晶界分布的特征。图7为析出物质点的透射形貌图,可见基体上还有更细小弥散分布的析出物质点。对这些析出物质点作能谱分析,其主要成分为Cu、Mn、S、Fe,见图8及图9,可以判断它们是CuS、MnS和FeS的复相或单相析出物。大的析出物质点尺寸在150nm左右,小的在几十nm左右。图6 析出物质点透射扫描像 ×6K图7 析出物质点形貌及分布 ×6
8、K图8 析出物质点透射图图9 析出物质点透射能谱图3 分析与讨论 (1)电子探针和透射电镜结果表明,工业纯铁方坯表面网状裂纹主要与钢中有大量第二相(Cu、FeS和
