優(yōu)特鋼白點缺陷產(chǎn)生原因及解決措施

李成浩

（山東鋼鐵股份有限公司營銷總公司，山東 濟(jì)南 271104）

1 白點缺陷的概念

在《結(jié)構(gòu)鋼的一般技術(shù)》上就曾指出：“如果在一根鋼材上發(fā)現(xiàn)了白點，這批鋼材就全部作廢，不允許第二次檢查”所以說白點缺陷在鋼廠中是一種不可以產(chǎn)生和進(jìn)行第二次復(fù)檢的缺陷。白點缺陷會對鋼材產(chǎn)生極大的危害，它能破壞鋼材的紋理和連續(xù)性，使鋼材產(chǎn)生裂紋嚴(yán)重破壞鋼材的結(jié)構(gòu)性能，白點在鋼材不同的橫向和縱向面上呈現(xiàn)的形態(tài)各不相同，如圖1所示的鍛造方鋼橫向低倍白點，沒有規(guī)則取向，一般是分布不規(guī)則呈輻射狀，是一條條鋸齒形的短小裂紋；如圖2所示的鋼材縱向斷口白點一般是像瓜子的橢圓形的一片片銀白色的小亮點，在不破壞鋼材結(jié)構(gòu)的情況下，可以采用超聲波技術(shù)進(jìn)行探測確定白點缺陷的位置。

圖1 鍛造方鋼橫向低倍白點

圖2 鋼材縱向斷口白點

我國在白點產(chǎn)生的原因和檢測技術(shù)上取得了驕人的成績，經(jīng)過冶金煉鋼技術(shù)人員和科研人員的共同努力下，發(fā)現(xiàn)白點產(chǎn)生的主要原因是鋼中的氫，鋼材在生產(chǎn)中要進(jìn)行鋼組織轉(zhuǎn)變，而鋼的組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、凝固、冷卻的過程中會使氫的溶解度急劇下降產(chǎn)生過飽和析出，在氫析出時會產(chǎn)生很高的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力超過鋼的強(qiáng)度就會使鋼材出現(xiàn)白點缺陷。我國XX特種鋼鐵公司的是年產(chǎn)量在200萬t一個大型特鋼企業(yè)，每年生產(chǎn)的軸承鋼和合金鋼居多占總產(chǎn)量的80%之多，但是在軸承鋼和結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)工藝的不完善導(dǎo)致鋼材偶而出現(xiàn)白點缺陷鋼材報廢的情況，使公司的經(jīng)濟(jì)效益急速下滑。曾一度支撐不下去，因此，找到白點缺陷的成因和預(yù)防措施對與當(dāng)今冶金煉鋼企業(yè)的提升經(jīng)濟(jì)效益有著非常重要的意義。

2 白點缺陷的危害

白點缺陷的存在對優(yōu)特鋼及合金鋼都是致命的，白點缺陷會大大降低鋼材的可塑性和鋼的機(jī)械性能，當(dāng)使用白點缺陷的鋼材在制造的一些鋼材零件的過程中，經(jīng)受高溫淬煉時，由于受到外界應(yīng)力的作用會讓鋼材內(nèi)部組織形成的白點缺陷裂紋迅速蔓延擴(kuò)大，從而導(dǎo)致鋼材零件隨時出現(xiàn)斷裂或破碎的可能。嚴(yán)重的可能會發(fā)生爆炸，嚴(yán)重威脅操作人員的人身安全，也會破壞企業(yè)設(shè)備，XX特鋼企業(yè)生產(chǎn)的Φ180 mm 45號鋼材，在用戶對鋼材進(jìn)行了熱處理后存放一天發(fā)現(xiàn)鋼材就像是被斧子沿著縱軸線劈開了一樣，分裂成兩半，用戶對同一個批次、同一個煉鋼路出來的還沒有進(jìn)行處理的鋼材進(jìn)行取樣，經(jīng)過一系列的實驗和嚴(yán)格的檢測，發(fā)現(xiàn)了這批鋼材在很大程度上存在白點缺陷，而導(dǎo)致鋼材開裂的最主要原因就是其本身的白點缺陷，用戶強(qiáng)烈要求對方給予一定的賠償，這次事件讓XX特鋼企業(yè)增加了運(yùn)營成本，不但進(jìn)行了全額賠付還額外承擔(dān)了用戶鋼材生產(chǎn)加工和對鋼材進(jìn)行熱處理的相關(guān)開銷，導(dǎo)致企業(yè)虧損。

3 白點缺陷的成因

鋼材鍛造使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變過程中過飽和的H析出是白點缺陷產(chǎn)生的主要原因。鋼材種類不同對白點的敏感性也不一樣，白點敏感性較高的鋼材，當(dāng)其冷卻速度較快時，會產(chǎn)生大量的、過飽和的H原子，這些H原子在鋼材疏松的縫隙中停留會在形成氣泡，氣泡的生成給鋼材造成了較大的壓力，而這種壓力會導(dǎo)致鋼組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，兩種力量發(fā)生相互作用形成強(qiáng)大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力超過鋼材本身的強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)嚴(yán)重的白點缺陷。MS鋼和半MS鋼就很容易產(chǎn)生白點缺陷，因為他們本身對內(nèi)應(yīng)力的敏感性非常強(qiáng)，而珠光體鋼產(chǎn)生白點缺陷的比例較低，添加Ni、Mn、N等元素的鋼材就不會產(chǎn)生白點缺陷。我國大多數(shù)的特鋼企業(yè)，經(jīng)過了多年的生產(chǎn)實踐得出一個結(jié)論：含碳量大于等于0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、Cr鋼、CrMo鋼、CrSi鋼、CrMn鋼、CrNi鋼、CrMnSi鋼、CrNiMo鋼等都會產(chǎn)生白點，而當(dāng)鋼材中添加的各種金屬、半金屬或化學(xué)元素的增加，鋼材的規(guī)模越來越大同時對白點的敏感度也在不斷增強(qiáng)[1]。

4 解決白點缺陷的措施

4.1 烘烤入爐物料

烘烤入爐物料是降低鋼材中氫含量的有效物理措施，利用熱風(fēng)爐對入爐物料進(jìn)行烘烤，不論外界環(huán)境溫度怎樣變化都要保證烘烤的效果，烘烤溫度必須大于200℃以上，在澆注時要做保持連鑄，保護(hù)渣也要烘烤后方可使用，從根本上控制入爐物料的含水量。

4.2 真空處理工藝

根據(jù)鋼材的種類不同對白點缺陷的敏感度不同的特性，鋼廠都是因地制宜采用不同的真空處理方法和工藝對不同類型的鋼材進(jìn)行打造，由于氫原子的直徑較小，因此它是一種長程擴(kuò)散原子，一般情況下，鋼水在真空度小于67 Pa保壓超過15 min，氫原子直徑都可以下降至2×10-6以下。特別是那些對白點缺陷敏感度高的鋼材，例如合金圓鋼、碳鉻軸承鋼等，這些對敏感度高的品種，在真空度67 Pa以下保壓20 min以上，然后用賀利氏定氫儀定氫，氫原子直徑全部小于1.2×10-6，這樣就大大減少了產(chǎn)生白點缺陷的機(jī)會。

4.3 高溫鋼坯入坑緩冷

經(jīng)世界各國冶金專業(yè)技術(shù)人員在長期的生產(chǎn)實踐中進(jìn)行探索研究，經(jīng)過研究專家發(fā)現(xiàn)預(yù)防白點缺陷最有效的處理方式就是對高溫的鋼坯進(jìn)行入坑緩冷處理，一般都是根據(jù)鋼材的規(guī)格不同設(shè)定不同的入坑溫度，鋼材規(guī)格和入坑溫度設(shè)定成正比，規(guī)模越大溫度就越高，而且和緩冷的時間也成正比，規(guī)格越大時間就需要越長，那是因為鋼材如果規(guī)格較大，那么它其中的H原子析出時間長，因此，現(xiàn)在各國的特鋼企業(yè)都會在軋鋼、鍛鋼的生產(chǎn)車間建造數(shù)個適合生產(chǎn)出來鋼材規(guī)格的緩冷坑，經(jīng)過實踐證明，真空處理不一定能百分之百的預(yù)防白點缺陷，但是如果真空處理后再配合使用入坑緩冷的方法就可以有效的預(yù)防鋼材白點缺陷的產(chǎn)生。但是對于大斷面的鋼坯，必須保證入坑緩冷的溫度大于650℃以上[2]?，F(xiàn)在國內(nèi)的一些特鋼廠為了能夠保證鋼坯下坑的溫度要求，都把軋鋼的冷床設(shè)計的比較窄，更好的滿足高溫鋼坯入坑緩冷工藝的要求。入坑緩冷的溫度達(dá)到650℃以上，只有在這樣的溫度下鋼材的硬度才能有較大的改變，才能讓用戶對鋼材進(jìn)行更加高效的鋸切加工和處理。

4.5 檢測樣本也需入坑緩冷

鋼廠在檢測取樣時，為了確保試樣的可以完全代表成品的質(zhì)量，在取樣時試樣也一定要隨鋼坯一塊進(jìn)行入坑緩冷，因為一些企業(yè)直接在冷床上取樣檢測后就發(fā)現(xiàn)了白點缺陷，但是從緩坑中進(jìn)行取樣檢測就沒有發(fā)現(xiàn)白點缺陷，經(jīng)過實踐證明取檢驗試樣時一定要取進(jìn)行了入坑緩冷工藝后的鋼料。

5 效果分析

在溫度大于200℃以上對入爐物料的烘烤后，再對進(jìn)行真空處理，并保證入坑緩冷的溫度大于650℃時，可以有效的控制鋼水中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.000 2%以下（詳見表1）。

表1 控制鋼水中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

6 結(jié)語

白點缺陷時優(yōu)特鋼常見的一種缺陷，但是也是不應(yīng)該存在的一種缺陷，白點的危害極大，如果使用了帶有白點缺陷的優(yōu)特鋼，對操作人員的生命安全和機(jī)械設(shè)備都會產(chǎn)生極大的危害，所以要積極預(yù)防白點缺陷的發(fā)生，一旦發(fā)現(xiàn)必須及時處理，以免發(fā)生大的事故。