45圆钢断面收缩率不合格原因

冯治胜

(天津钢铁集团有限公司 技术中心,天津 300301)

45圆钢是常见的中碳调质优质结构钢，具有较高的强度和良好的切削加工性能，常用于制造较高强度的运动零件，如重型机械及通用机械中的轧制轴、连杆、齿条、齿轮、销子等。随着市场需求量的增加，45圆钢产量在棒材中的占比也越来越大。笔者在单位近期日常检测过程中发现，某批次45圆钢断面收缩率的一次合格率仅为85.21%。这严重影响了产品质量、发货周期及用户使用。该批次45圆钢的主要生产流程为铁液预处理→转炉→LF精炼→方坯连铸→冷床→检验→蓄热式步进梁式加热炉加热→除鳞→粗轧→中轧→精轧→剪切定尺→成品检验。为找出该批次45圆钢断面缩率一次合格率太低原因，笔者对其进行了一系列检验和分析，以确保45圆钢断面收缩率的一次合格率高且稳定。

1 理化检验

1.1 宏观观察

对45圆钢断面收缩率不合格的试样进行宏观观察,如图1所示。可见不合格试样断口处缩颈不明显，断面平齐，且能观察到明显的白点缺陷。

(一)投资风险问题，投资风险主要是由于公司面临外部市场环境的复杂性和不确定性，造成公司的实际投资收益与预期投资收益出现偏差的风险问题。投资风险大致可以分为实物投资风险和金融投资风险。前者主要包括经营投资、流动资产投资、无形资产投资风险；后者主要包括了市场、通货膨胀以及利率等风险问题。

1.2 拉伸试验

45圆钢断面收缩率不合格试样的拉伸性能如表1所示。可见其屈服强度、抗拉强度、断后伸长率均符合GB/T 699-2015《优质碳素结构钢》中的相关要求，而断面收缩率仅在32%～38%之间，均值为36%，不符合标准中断面收缩率不小于40%的要求。

1.3 化学成分分析

对45圆钢断面收缩率不合格试样取样进行化学成分分析，结果见表2。可见各元素含量均符合GB/T 699-2015的成分要求。

试剂：默克色谱甲醇（批号I866507650）；磷酸二氢钠（批号 20170102‐1）、磷酸氢二钠（批号20170503‐1），分析纯，广州化学试剂厂提供；高氯酸（批号2016041），分析纯，天津市鑫源化工有限公司提供。实验用水为Milli‐Q纯水仪自制超纯水。

1.4 金相检验

配置的过程要根据相应的标准，配置活动要具有规律性，配置环节尤其要注意混凝土的调配比例是否科学，比例的科学性将直接关系到交通土建工程建设的质量。在实际配比工作中需要安排专业的技术人员对调配工人进行技术指导，强调调配工作的重要性，确定最佳的调配混合实践。由于操作工人并不具备全面的专业知识，因此现场指导人员要尽可能保证指导工作的全面性，包括时间控制、比例确定以及调配要素的选择等各个方面。从混凝土的调配阶段开始就要做好质量控制工作。

对45圆钢断面收缩率不合格试样进行金相检验，如图2所示。可见其显微组织正常，为均匀的珠光体+铁素体，晶粒度8.0级左右，心部偏析不明显。

1.5 非金属夹杂物检测

利用扫描电镜(SEM)对45圆钢断面收缩率不合格试样进行断口形貌观察,如图4所示。可见断面上存在多处白点缺陷，且白点内均未发现夹杂物，此区域形貌特征表现为典型的氢致断口形貌。初步判断氢致白点缺陷是造成此次断面收缩率不合格的主要原因。

图3 非金属夹杂物形貌Fig.3 Morphology of the non-metallic inclusion

1.6 微观分析

对45圆钢断面收缩率不合格试样进行非金属夹杂物检测，如图3所示。可见其存在较多B 类夹杂，最大2.5级。大尺寸夹杂物对材料的力学性能会产生严重影响。

图4 白点缺陷的微观形貌Fig.4 Micro morphology of the flake defects

2 分析与讨论

如图3A所示，经过增温处理之后，美国薄荷叶片的叶绿素和类胡萝卜素含量的变化趋势一致，较对照均呈先升高后降低的趋势。处理7 d时，增温处理下薄荷叶片的叶绿素含量较对照显著上升了15.2%（P=0.016<0.05），而处理14 d时，较对照显著下降了10.0%（P=0.015<0.05）；如图3B所示，处理7 d时，增温处理下薄荷叶片的类胡萝卜素含量较对照上升了3.6%，而处理14 d时，则较对照显著下降了16.6%（P=0.020<0.05）。

由以上理化检验结果可知，45圆钢断面收缩率不合格试样的化学成分、屈服强度、抗拉强度、断后伸长率均符合标准要求，金相检验结果表明其显微组织正常，为均匀的珠光体+铁素体，晶粒度8.0级。

非金属夹杂物检测结果表明，该批次45圆钢断面收缩率不合格试样存在较多的B类夹杂，最大为2.5级。非金属夹杂物是在钢液脱氧及钢液凝固两种状态下产生的。按照非金属夹杂物的变形能力划分，非金属夹杂物分为塑形夹杂物、脆性夹杂物、不变形夹杂物，其中脆性夹杂物对钢材的塑性和韧性有较大的影响，容易造成钢材试样脆断。

该批次45圆钢断面收缩率不合格试样的断口可见明显的白点缺陷，白点内均未发现夹杂物，断口表现为典型的氢致断口形貌，判断氢致白点缺陷是造成该次断面收缩率不合格的主要原因。一般认为，白点的形成，主要是由钢中的氢造成的。在钢液冷却时，氢的溶解度降低，在晶界、夹杂物、内部孔洞处富集，同时造成饱和沉淀，降低钢中原子的结合力，钢件受力时，在氢的富集处爆裂，从而产生白点缺陷[1-3]。白点的存在，严重破坏了45圆钢的基体连续性，易使45圆钢脆断，降低了45圆钢的力学性能。

3 结论及建议

该批次45圆钢中存在较多的非金属夹杂物和氢致白点缺陷，使得钢材产生应力集中，破坏了基体的连续性，降低了45圆钢的力学性能，造成该批次45圆钢断面收缩率的合格率较低。

建议对45圆钢生产时可能影响非金属夹杂物和氢含量的各工序进行严格控制。如全程采取保护浇铸方式，使用专供方坯使用的保护渣，防止钢液外露接触空气；结晶器全程采用电磁搅拌工艺，使夹杂物受力上浮；加强设备排查及点检，杜绝精炼炉等设备漏水造成钢中氢含量的上升等。