SWCr8热轧板表面裂纹原因分析

通讯作者:王庆良(1966-),男,江苏徐州人，教授,博士,主要从事材料摩擦学研究.

SWCr8热轧板表面裂纹原因分析

张恒1，赵欣1，续维1，王庆良2

(1.宝钢特钢有限公司，上海200940；2.中国矿业大学 材料科学与工程学院，江苏 徐州221116)

摘要：针对SWCr8冷作模具钢在热轧过程中出现表面裂纹的问题，选取典型缺陷试板，采用金相、扫描电镜及能谱等分析手段对表面裂纹进行解剖分析.结果表明，SWCr8热轧板表面裂纹出现的原因是连铸坯本身存在裂纹、卷渣缺陷以及热送温度过低所导致的坯料应力开裂.

关键词：SWCr8；热轧板；表面裂纹

收稿日期：2014-11-27

基金项目：国家科技支撑计划项目(2013BAEL3B00);国家自然科学

作者简介：张恒(1980-),男,上海人，工程师,硕士,主要从事中厚板相关技术研究.

中图分类号：TG333.7+1文献标志码：A

SWCr8钢是在Cr12MoV钢种的基础上进行低合金低成本优化的冷作模具钢，是一种典型的高碳高铬马氏体钢[1].它淬硬倾向大，冲击韧性差，裂纹敏感性强，在连铸热轧生产中极易出现连铸缺陷和热轧缺陷，前者如角部裂纹、表面裂纹和夹杂物等[2|4]，后者如纵裂、边裂等[5|7].这些缺陷的产生严重影响了热轧板的正常生产并给企业造成了巨大的经济损失.

由于SWCr8钢在空冷条件下即有强烈的马氏体相变倾向，韧塑性较差，且裂纹敏感性强，在坯料冷送时需进行退火处理，而热送时则要严格控制二次切割温度及热送温度，以避免坯料出现应力裂纹[8|9].此类裂纹缺陷一旦出现，热轧过程中会进一步扩展延伸，导致大面积的纵裂、横裂、边裂及表面裂纹.有时即使严格控制了坯料质量，如果热轧生产中的加热、退火等工艺控制不当，仍然会出现不同形态的裂纹缺陷，而且随机性很大.因此，对热轧板裂纹的辨识和控制具有非常大的技术难度[10|12].本文对SWCr8钢在试生产过程中出现的不同程度的纵裂与月牙形裂纹进行解剖分析，研究表面缺陷出现的主要成因，可为热轧板的生产提供借鉴与参考，并杜绝此类缺陷在后续生产中的再次出现.

1　材料与方法

实验材料为SWCr8热轧钢板.首先对热轧板表面出现的纵裂与月牙形裂纹进行表面宏观形貌观察，选取特征缺陷区域取金相试样，采用4%硝酸乙醇进行侵蚀，运用蔡司正立式显微镜(Axio Lab.A1)观察金相形貌.其次将裂纹缺陷进一步解剖并运用蔡司Ultra55热场发射扫描电子显微镜(SEM)对缺陷内部形貌进行观察分析，运用能谱(EDS)分析微区成分.

2　实验结果

2.1宏观形貌分析

图1给出了SWCr8热轧板表面缺陷的宏观形貌，图中白色箭头代表轧制方向，白色圈内为表面缺陷部位.从图1(a)可以看到，热轧板表面出现多处纵裂，这些纵裂多出现在热轧板的中心位置，方向无规律性，长度50~400 mm不等.中心纵裂并非普遍现象，仅出现在同一炉次的单张热轧钢板表面.图1(b)为热轧板表面的月牙形裂纹，其裂纹走向几乎与轧制方向垂直，与中心纵裂不同的是，月牙裂多次多板出现.

图1　SWCr8热轧板表面缺陷裂纹形貌

对缺陷热轧板进行切割取样，取样位置如图2(a)所示，图2(b)为切割后截面图，目测裂纹已发生开口.分别将两种裂纹沿图2(b)中白色划线处解剖，进行组织形态分析.图3(a)为中心纵裂缺陷的抛光组织形态，裂纹的开口约1 mm，深度约2 mm，裂纹内部已发生二次氧化.由图3(c)和(d)所示的裂纹内部及其尖端的脱碳情况分析可知，裂纹已发生完全脱碳.图3(b)为中心月牙形裂纹，裂纹深度为0.3~0.5 mm，裂纹内部同样发生了二次氧化.图3(e)和(f)脱碳图片显示，裂纹内部及其尖端同样已发生完全脱碳.综合以上分析，可以判定中心纵裂与月牙形裂纹非退火不当造成的应力裂纹，根据其脱碳情况，可以认为裂纹应在轧制加热前已产生.

图2　SWCr8热轧板表面缺陷试样的取样位置

图3　缺陷处金相形貌分析

续图3　缺陷处金相形貌分析

2.3显微形貌分析

分别取上述试样，对其裂纹内部进行SEM形貌观察及能谱成分分析，中心纵裂的分析结果见图4和表1.元素成分分析表明，中心纵裂裂纹内部主要是氧化铁，而内氧化层存在Fe、Cr、Si、Mn的混合氧化物,说明裂纹在轧制加热或轧后退火时已存在，并进一步发生氧化.表2的内氧化层中夹杂物能谱分析表明，其成分主要为保护渣的残余物，且此类异物非常少.月牙裂纹SEM形貌及能谱分析结果见图5和表3.月牙裂纹内部同样存在Fe、Cr、Si、Mn的混合氧化物，可见裂纹同样在轧制加热或轧后退火时已存在，裂纹内部未发现保护渣残余.

图4　中心纵裂SEM图及能谱分析部位

%

表2　中心纵裂内氧化区及夹杂物元素成分　%

图5　月牙裂SEM形貌及能谱分析区域

%

3　分析与讨论

SWCr8热轧板表面存在中心纵裂，开口情况较严重，但其深度较浅，未发生严重的二次裂纹，裂纹深度为2~5 mm.月牙形裂纹深度同样较浅，一般在2 mm以内.中心纵裂与月牙形裂纹并非退火不当造成，在轧制加热或轧后退火前已存在，因此发生了较严重的二次氧化.鉴于中心纵裂裂纹内部发现有保护渣残余成分，可判断连铸坯本身存在裂纹与卷渣缺陷，在热轧中裂纹进一步扩展.

表面检验发现有严重纵裂及月牙裂缺陷的钢板主要出现在第3长坯与第4长坯，而连铸生产中第3长坯与第4长坯的坯表面质量明显好于第2长坯，所不同的是第3长坯及第4长坯的热送温度过低，如第4长坯热送最低表面温度仅为220 ℃.由于SWCr8钢空淬马氏体倾向大，过低热送温度可能导致马氏体转变，在热应力与相变应力的作用下，造成坯料表面或次表层出现应力裂纹及裂纹扩展，进而在热轧中出现表面宏观裂纹缺陷.因此，可以判断热送温度过低是此次造成表面纵裂及月牙裂的主要原因.

4　结语

表面裂纹是热轧板生产中常见缺陷之一，SWCr8钢种在热轧过程中较普碳钢板更加容易出现裂纹缺陷.因此，对于类似SWCr8的马氏体相变强烈的钢种应该严格控制坯料表面与内部质量，特别是在生产中必须严格执行退火处理工艺与热送工艺，才能避免坯料发生应力开裂.

参考文献：

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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

(编辑武峰)