型钢表面线状缺陷分析与研究

黄 倩

（中铁建电气化局集团科技有限公司，河北 保定 074000）

目前，随着经济及制造业的蓬勃发展，各类型钢因其良好的结构性能已广泛应用于各行各业，型钢因强度、塑韧性等综合性能好，可用于疲劳振动及冲击载荷较大的环境结构中[1]，已成为应用广泛的结构材料。

随着型钢需求量的日益增加，其生产量在逐渐加大，其在生产过程中也经常会出现各类缺陷，如裂纹、划痕、折叠、结疤等[2]，以上缺陷的存在会降低钢材的力学性能，有些危险性较大的裂纹扩展后甚至会造成钢材的脆断，引发各类事故，产生不良影响，因此对各类缺陷应充分重视，避免使其扩展造成更加恶劣的影响。本文主要分析了实际工作中遇到的一例型钢表面出现的线状缺陷问题，通过对其性能及内部结构进行检验及分析，确定该线状缺陷的类别，避免在应用过程中产生重大影响。

1 问题描述

本文中描述的缺陷如图1所示，为公司在例行工作中发现的型钢表面缺陷。该线状缺陷沿钢材的轧制方向，长度约12mm，分布在型钢表面的中部。初步分析，该缺陷类似裂纹，裂纹也是型钢生产中经常出现的一种缺陷类型，但目测无法得知其深度及内部结构组织，钢材的性能是否符合标准要求也无法得知，故需通过进一步的分析及检验检测，确定该线状缺陷的类别及对钢材性能产生的影响。

图1 型材表面缺陷

2 力学性能分析

为分析该缺陷的类别及对钢材性能的影响，首先取样对该型钢的化学成分进行检测，表1为该型钢化学成分检测的结果。

表1 化学成分

从化学成分的分析结果可知，所检测的元素含量均在标准技术要求的范围内，该型材材质符合标准及业主要求。

化学成分符合要求后，取样进行力学性能试验，主要对其进行了拉伸性能、冷弯性能以及冲击性能进行试验，试验结果见表2，表3，表4。

表2 拉伸性能

表3 冷弯性能

表4 冲击性能

从力学性能检测的结果来看，所检项目均符合标准的技术要求，型钢的力学性能未受到影响。尤其是冲击性能，型钢的应用环境中，会受到疲劳振动和冲击力的作用，其冲击性能尤为重要，若冲击性能不达标，可能会使钢材发生脆断。

3 显微组织分析

将型钢沿缺陷部位的横截面经金相切割机切割取样，镶嵌后开始制样。使用粗细级数不同的砂纸由粗到细依次磨制，直至待观察面无划痕出现镜面状态，再用专用抛光机进行抛光。经过精磨后的试样为在显微镜下清晰的看到各组织，需用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀，并用超声波清洗机进行清洗，吹干后稳妥保存，避免出现划痕，等待观察试样的微观结构

图2 为缺陷处的微观组织图片，通过对制取的试样进行显微组织的分析，可知其基体组织为铁素体和珠光体。

图2 缺陷处组织

图3 为缺陷扩展方向的延伸方向上的夹杂物，测量缺陷附近非金属夹杂的含量，在缺陷位置横向和纵向进行观测，可知在缺陷内部及其扩展方向上，发现大量的片状和块状的灰色氧化物和夹杂，并且整体沿缺陷方向呈带状分布，经检测，C类硅酸盐夹杂1级，D类环球状氧化物类0.5级。

图3 缺陷扩展方向的延伸方向上的夹杂物

对缺陷附近组织的晶粒度进行检测可知，缺陷附近平均晶粒度级别为7.5级，未出现晶粒粗大的现象。

对缺陷附近组织的脱碳情况进行检测可知，缺陷及其扩展方向的氧化物和夹杂两侧发现铁素体基体较多，横截面缺陷位置处的总脱碳层深度为0.26mm，从结果可知轻微脱碳。脱碳现象严重的话，会造成材料的强度和硬度下降，影响材料整体的性能，如抗疲劳性、耐磨性等，结合力学性能分析的结果均符合标准要求，且脱碳现象不明显，故该缺陷未影响材料的相关性能。

故综合上述分析结果，该型材理化性能以及显微组织、总脱碳层深度、晶粒度、非金属夹杂物含量等性能的检测均未发现异常，推断该线状缺陷为轧制过程中的折叠缺陷，虽不影响材料的性能，但钢厂在钢材的轧制过程中应严格控制轧制工艺和轧制设备，避免在轧制过程中因杂质、毛刺等异物的压入而产生缺陷。

4 结论

本文对型材表面发现的线状缺陷进行相关检测分析，可以得到：

（1）通过对型材化学成分、拉伸性能、冷弯性能、冲击性能进行分析检测，均符合标准中规定的技术要求。

（2）对该缺陷附近的显微组织、总脱碳层深度、晶粒度大小、非金属夹杂物进行分析及检测，发现基体组织为铁素体和珠光体；在缺陷内部及其扩展延伸方向，有大量片状和块状灰色氧化物和夹杂，整体沿缺陷方向呈带状分布；缺陷附近平均晶粒度级别为7.5级，没有晶粒粗大的现象存在；缺陷及其扩展方向的氧化物和夹杂两侧铁素体较基体多，有轻微脱碳现象。

（3）初步推断该型材表面的缺陷为折叠缺陷。轧制过程中应严格控制轧制设备的工艺参数，防止产生类似缺陷。