27SiMn热轧圆钢表面裂纹成因分析

董诗朋  

（承德建龙特殊钢有限公司  067201）

摘  要：针对某厂在生产27SiMn圆钢时出现表面裂纹现象，经取样观察和检测，从样品表面宏观形貌和金相分析结果得出，27SiMn圆钢表面裂纹属钢坯表面夹渣带来，且是由于结晶器保护渣使用不当造成。

关键词：27SiMn圆钢 表面裂纹 保护渣

    27SiMn钢淬透性较高，在水中临界淬透直径达8～22mm，可切削性良好；这种钢主要在调质状态下使用，用于制造要求高韧性和耐磨性的热冲压件；也可在正火或热轧供应状态下使用，如拖拉机的履带销等，它属合结构钢中用量较广钢种之一。某厂在生产该钢种圆钢时出现表面裂纹缺陷，给公司造成了很大的经济损失。本文将针对此缺陷进行分析产生裂纹缺陷的原因。

某厂主要采取的是转炉-LF精炼炉-方坯连铸-蓄热式步进梁加热炉-高刚度轧机-精整工艺。

1 缺陷分析

通过对27SiMn生产过程中缺陷的圆钢样品进行分析，分析圆钢表面裂纹缺陷形貌。

1.1 宏观形貌观察 

从缺陷圆坯中截取图片，实体形貌如图1

图1是表面裂纹情况，在φ85mm圆钢表面存在三角形裂纹，裂纹不连续有碎断，深度大于2mm。缺陷圆钢经表面打磨后，部分裂纹能消除，但大部分超出公差范围。

1.2 金相分析

在缺陷处取样，金相显微镜下观察裂纹形貌如图2、图3，裂纹不是按整条往下延伸，存在分叉。裂纹附近有明显的夹渣，且裂纹尾部有脱碳现象，所以可判定此裂纹在轧制前存在，并有表面夹渣卷入。

2 讨论

圆钢表面裂纹一般有气泡型裂纹、轧制工艺造成的裂纹、夹杂物型裂纹。

气泡型裂纹，其形貌沿轧制方向延伸，呈连续和不连续的具有一定长度和深度的毛细管状的细小裂纹，长度由1mm至20mm不等，主要表现为裂纹末端多呈圆弧形，裂纹最大宽度相近，深度基本相同约在0.5mm，周围约有脱碳现象。气泡型裂纹的形成原因一方面是由于钢坯的皮下气泡在加热或轧制过程暴露于表面并延伸而形成。另一方面是由于钢坯自身存在裂纹，经加热轧制之后保留在成品表面上。 

轧制工艺造成的表面裂纹，裂纹表现形式是裂纹边界不清，有熔融现象，裂纹周围晶粒十分粗大，有严重脱碳现象。主要原因为轧件的受力不均和局部的应力集中。一方面由于连铸坯过热或加热不均以及较低温度轧制等，因应力过大造成轧件表面出现裂纹；另一方面因轧制孔型不合理，轧件与轧辊间的粘着，局部变形不均匀，极易在某些部位造成拉应力而造成轧制裂纹。

夹杂物型裂纹，夹杂物按来源可分为内生夹杂物和外来夹杂物。内生夹杂物裂纹，裂纹多较深，末端较尖，有的有次生裂纹，裂纹内或附近多有较复杂的夹杂物存在，夹杂物类型以变形的条状硅酸盐夹杂为主，也有硫化物等。形成原因一方面由于许多夹杂物本身的熔点较低，在轧制加热的温度(约1200℃)已处于熔融状态；另一方面，沿轧向的条状夹杂物(主要为硅酸盐类)，由于强度、塑性及变形能力的不同，起着割裂基体金属的作用，受轧制力作用时即会导致表层开裂，形成管状纵向表面裂纹。外来夹杂物主要与固体的氧化和夹渣等有关。

进行生产追溯，从钢坯上观察，此批圆钢的生产原料钢坯表面有黄色粉末状斑点如图4，用手拨开某些粉末，在钢坯上有1-2mm深的凹坑，在凹坑处仔细观察伴有细小裂纹。

3 结果分析

从圆钢上的裂纹形貌、裂纹处有夹渣和对应钢坯上有不明粉末等现象，此种裂纹属夹杂物型裂纹，虽然没有对夹渣成分做电子探针分析，但能判定钢坯表面不明粉末来源是保护渣。钢坯在加热过程中，能部份脱落，但有凹坑的地方在轧制过程中，细小裂纹会被拉长，且表面夹渣被轧入圆钢表面，由此形成了圆钢表面裂纹缺陷。

某文献分析，从某钢种表面纵裂的圆钢中进行取样、检验和分析发现，裂纹内残存物含有与连铸保护渣相同的特征元素，结合工艺过程，初步探明生产该圆钢产生表面裂纹的原因是由于连铸时应用了表面带有粘渣或裂纹的铸坯。同时还提出选择粘度适宜、熔点较低、熔速较快等合理化性能指标的保护渣可减少铸坯表面夹渣和裂纹。

4 结论

某厂出现的此种27SiMn表面裂纹属保护渣质量问题造成铸坯表面粘渣和裂纹，并将带有粘渣或裂纹的铸坯未打磨直接入轧钢，使得圆钢表面出现裂纹。

 [参考文献]

40Cr圆钢表面纵裂缺陷的研究 袁建路等. 材料物理与化学(专业) 博士论文 2000年度