钢片表面异常原因分析

康 元，徐 昊

（航天精工股份有限公司，天津 300300）

某型号钢片在进行表面处理打磨期间发现表面有疑似裂痕，经过镀锌表面处理后缺陷更加明显。此产品为45号钢，首先将圆钢切割成圆片，经调制处理后进行打磨，机械加工到相应尺寸并钻安装孔，最后表面镀锌处理。

1 分析内容及方法

为找出表面异常原因，对3件故障件（编号为1#、2#、3#）进行化学分析、宏观微观形貌观察、能谱成分分析、金相检测分析异常原因。

1.1 化学成分

采用电感耦合等离子体发射光谱进行化学成分检测，结果见表1。符合45号钢化学成分要求。

表1 故障件化学成分（%）

1.2 宏观观察

对1#、2#、3#圆片进行外观检查，1#圆片在中间位置有疑似裂纹缺陷，长约0.5mm。2#圆片表面靠近边缘部位呈现白色点状缺陷。3#圆片表面中间部位呈现黑色点状缺陷。其外观形貌如图1所示。

图1 故障件外观形貌

1.3 微观形貌检查

切取样品表面异常区域，超声波清洗放入扫描电镜下对其表面形貌进行观察。1#圆片缺陷位置为裂纹形貌，裂纹区域镀层已掉落，周围有少量腐蚀点，能谱检测可见缺陷区域已漏出基体材料成分，将镀锌层去掉后采用扫描电镜观察，发现表面有损伤痕迹，损伤周围金属有折叠现象，形貌及能谱如图2所示。2#圆片缺陷位置为点状腐蚀形貌，能谱分析缺陷区域有氧元素，如图3所示。3#圆片缺陷位置也为点状腐蚀形貌，能谱分析缺陷区域有氮元素，如图3所示，镀层表面有氧、氮等气体元素为空气中暴露后所形成。

图2 1#圆片缺陷位置表面形貌及能谱

图3 2#圆片缺陷位置表面形貌及能谱

图4 3#圆片缺陷位置表面形貌及能谱

1.4 金相组织检查

将故障件切下的部分的进行微观组织检查。1#圆片裂纹区域纵向深约7mm，裂纹两侧有球状氧化物及硫化物夹杂聚集，其余部分夹杂物较少，腐蚀后发现显微组织有带状偏析现象，裂纹位于其中其中一处偏析处，如图5所示。2#和3#圆片无裂纹，存在少量的非金属夹杂物，组织有带状组织偏析，无裂纹，如图6和图7所示。

图5 1#非金属夹杂及显微组织（纵向）

图6 2#显微组织（横向）

图7 3#非金属夹杂及微观组织（纵向）

2 综合分析

该3件钢片均存在带状组织偏析，1#样有非金属夹杂物聚集，在热处理过程中热应力作用，导致钢片沿中心处开裂。2#、3#未发现有裂纹，外侧表面说明表面镀锌钝化层已被破坏，表面锌层已经被氧化[1]，镀锌表面缺陷为镀锌过程中腐蚀现象。

3 结论及建议

（1）该钢片表面缺陷有开裂现象，镀锌表面有腐蚀现象。由于原材料的显微组织具有偏析和非金属夹杂物聚集，建议加强对原材料纵向夹杂物和带状组织偏析质量控制，同时加强加工过程产品防护。

（2）已加工的产品建议采用超声波探伤进行挑选有裂纹钢片。