扫描电镜在不锈钢产品缺陷分析研究中的应用

2012-11-18王宏霞马正伟张正法

中国重型装备 2012年3期

关键词：谱分析扫描电镜马氏体

王宏霞马正伟张正法

(山东泰山钢铁集团新材料研究所，山东 271100)

扫描电子显微镜具有可以直接观察较大试样、放大倍数范围宽和景深大等特点。随着科学技术的不断进步，扫描电子显微镜(SEM)的装置和质量有了较大的改进，分辨率和放大倍数也越来越高，功能越来越齐全，操作更加简单、方便。

采用扫描电子显微镜与其它分析测试技术相结合的办法，可以研究钢铁材料的生产工艺、微观结构、物相组成与其性能的关系，寻找改进材质的途径。

1 冷轧板表面破皮原因

410S 热轧黑皮钢带酸洗后在冷轧过程中有较严重的破皮缺陷。如图1(a)是410S 冷轧板表面破皮试样的宏观形貌。板厚1.2 mm，破皮部位的凹坑底部呈黑色，沿轧制方向条带状分布，用四氯化碳擦洗后绝大部分的黑色物质被除去，露出银白色的金属光泽，见图1(b)。

图1 开裂试样宏观形貌Figure 1 Macroscopical appearance of specimen with crack

扫描电镜下对图2 破皮部位和正常基体进行能谱微区成分分析，结果见表1。

通过扫描电镜观察，试样破皮部位呈破碎状，微区能谱分析发现，破皮部位与正常基体的主要区别在于含有较高的氧含量。因此可以确认，凹坑底部物质主要是高温氧化铁皮。而高温氧化铁皮是由于酸洗不彻底残存在热轧板上的，冷轧过程中氧化铁皮压入导致冷轧板表面产生破皮缺陷。

2 板坯表面缺陷分析

430 不锈钢板坯修磨时发现表面有块状缺陷，经浅修磨无法去除，取样对其进行金相和扫描电镜能谱分析。

图2 破皮试样表面能谱分析Figure 2 Energy spectrum analysis on surface of chipping specimen

表1 能谱分析结果(质量分数，%)Table 1 Energy spectrum analysis results(mass fraction，%)

根据缺陷在金相显微镜下的颜色不同(图3)，可将缺陷处物质分为三种类型，即黑色疏松孔洞、灰色的夹渣和白色物质，经测量其深度约为4.5 mm;缺陷在扫描电镜下呈晶体颗粒状，见图4。

图3 金相显微镜下形貌Figure 3 Appearance under metallographic microscope

图4 扫描电镜下形貌Figure 4 Appearance under scanning electron microscope

对图5 各区域进行能谱分析，分析结果见表2。由能谱分析可知浅灰色物质(金相观察为白色)主要元素是Fe，并有少量的Cr，说明此区域为铁颗粒;其余部位能谱分析主要元素为O、Si、Ca、F、Na、Fe、Cr，由此可知板坯表面缺陷是浇注时结晶器内产生的保护渣夹渣。

3 热轧板分剪开裂原因

410S 热轧黑皮卷在分切时局部出现沿剪切边中心开裂的分层现象，如图6 所示。裂纹深度约为10 mm，断续开裂，总长度约为450 mm。

图5 缺陷靠近表面能谱分析图Figure 5 Energy spectrum analysis picture of defects near surface

表2 图5 能谱分析结果(质量分数，%)Table 2 Energy spectrum analysis results of the figure 5(mass fraction，%)

图6 开裂试样宏观形貌Figure 6 Macroscopical appearance of specimen with crack

扫描电镜下观察开裂分层试样的断口，断口上主要分为两部分:断续的脆性解理区和非断口特征区(图7)。其中非断口特征区占整个断口表面的绝大部分，且有压合的痕迹，推测是原来热轧板上的裂纹未焊合区;脆性解理区为断续的焊合区，占整个断口表面的小部分。由以上分析可知材料原始缺陷导致热轧板剪切时断续焊合区域发生脆性开裂。