橋梁鋼Q370q鋼板的裂紋分析

陳騰

摘 要：本文就橋梁鋼Q370q鋼板的表面裂紋進行了檢測和分析。結果表明：Q370q鋼板的表面缺陷有星狀裂紋，微裂紋和發狀裂紋。裂紋由板面向內延伸，內嵌有氧化亞鐵，附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征，裂紋附近和遠離裂紋區域組織均為鐵素體+珠光體，并有明顯的脫碳特征。

關鍵詞：Q370q；裂紋；鋼板

1 前言

隨著我國經濟的不斷進步，交通業的迅猛發展，橋梁鋼的需求不斷增長。同時，隨著橋梁寬度、跨度的增加，服役環境的惡劣對鋼板的質量和性能有了更高的要求。鋼板的表面和內部缺陷是其質量惡化的重要方面，Q370q作為橋梁鋼系列中最基本和使用量最大的鋼種，控制鋼板缺陷是提高其性能穩定性的保障。針對鄂鋼部分橋梁鋼板出現的缺陷，應用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡對這些缺陷進行檢測，并對產生原因進行分析。

2 試驗材料與方法

在厚度為28mm的Q370q鋼板上切下3塊有缺陷的試樣，編號分別為1#、2#、3#，三件試樣鋼板表面均有裂紋缺陷。應用Cannon相機對其表面缺陷的宏觀圖像進行拍照。在疤狀缺陷處截取截面樣磨制后，運用AXIO金相顯微鏡進行觀察。截面試樣經拋光，3%硝酸酒精溶液腐蝕后，放在AXIO金相顯微鏡上觀察凹坑附近組織與遠離缺陷部位組織。

3 試驗結果與分析

圖1a、b、c分別是1#、2#和3#試樣表面的宏觀形貌圖。從圖中可以看出，三種缺陷均為裂紋，但形態上也表現出明顯的特征區別，分別表現為星狀裂紋，微裂紋和發狀裂紋。

3.1 星狀裂紋

圖1a中裂紋表現為類似于簇狀或者不閉合的多邊形形態的星狀裂紋，其深淺不一，清晰可見。試樣缺陷處截面的裂紋形貌如圖2a、b所示，從圖中可以看出，表面裂紋分別沿不同的方向向鋼板內部延伸，深度約為0.4mm，裂紋附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征，裂紋內部包裹有少量的氧化鐵皮。這種星狀裂紋出現在低合金鋼的幾率遠大于普碳鋼，并大多出現在錳、硅、銅、鋁含量較高的鋼種。一般沿軋制方向呈帶狀分布，裂紋中多含有硅酸鹽夾雜物。星狀裂紋對鋼板質量的影響程度，取決于其在鋼板表面的分布情況，通常呈彌散分布的星狀裂紋深度較淺，清理后不超過鋼板的負公差；呈密集分布的星狀裂紋，深度基本上都會超過鋼板的負公差，判廢的可能性較大。

這種星狀裂紋形成的原因有：鋼中和結晶器中的銅原子在高溫下有較高的自由能，易向晶界擴散并在初生的奧氏體晶界上富集，硅酸鹽也向奧氏體晶界移動并聚集，大大削弱了晶界的結合力，鋼坯在冷卻的過程中，由于晶粒收縮而在表面形成星狀裂紋，這種帶有星狀裂紋的鋼坯在加熱時，裂紋周圍受到高溫氧化而產生脫碳現象，在軋制過程中由于表面的延展加劇了原生裂紋的擴展。

3.2 微裂紋

圖1b中裂紋表現為長度不連續、形狀不規則、裂縫細小、形態凌亂的微裂紋。試樣的缺陷處截面樣的裂紋形貌如圖3a、b所示，從圖中可以看出，裂紋由鋼板表面向內延伸，其裂紋深度約0.8mm，裂紋附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征。微裂紋產生的原因是多方面的，常常與其它形式的裂紋和缺陷伴隨出現，基本上是其他形態裂紋和缺陷的衍生物。其單獨出現時，是由于鋼坯表面出現微裂紋，或鋼坯加熱溫度不合理產生微裂紋，或鋼坯表面局部受熱不均勻，在溫度高的部分產生魏氏組織或脫碳現象，導致塑性降低，軋制過程中在鋼板表面以不同形態表現出來。

3.3 發狀裂紋

圖1c中裂紋表現在鋼板表面深度較淺，蚯蚓狀的發狀裂紋。試樣的缺陷處截面樣裂紋形貌如圖4a、b所示，從圖中可以看出，截面樣上有裂紋由板面向內延伸，深度約為0.3mm，裂紋內嵌有氧化亞鐵，附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征。這種發狀裂紋一般深度較淺，修磨清理后不影響使用，其產生的原因有：（1）連鑄機的一冷、二冷的冷卻速率和拉速不合理，或者保護渣選用不合適，保護渣受潮，造成鋼坯表面出現微裂紋，在軋制中暴露和擴展；（2）鑄坯本身存在的皮下氣泡、皮下夾雜等，在軋制過程暴露而形成皮下裂紋；（3）表面的蚯蚓狀的發狀裂紋，主要形成原因是鋼坯的加熱速度和加熱溫度不當使表面出現熱裂紋和表面脫碳導致的塑性降低，軋制過程中在鋼板表面形成細小的裂紋。

三件試樣截面裂紋附近組織均為典型的鐵素體+珠光體，有明顯的脫碳特征，其中1#試樣見圖5a；遠離缺陷部位組織均為鐵素體+珠光體，見圖5b。

4 結論

Q370q鋼板的裂紋為星狀裂紋，微裂紋和發狀裂紋三種，裂紋由板面向內延伸，內嵌有氧化亞鐵，附近及尾端存在明顯的高溫氧化特征，裂紋附近和遠離裂紋區域組織均為鐵素體+珠光體，有明顯的脫碳特征。