耐候鋼邊裂問題研究

邵 帥

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000）

耐候鋼，即耐大氣腐蝕鋼，主要用于鐵道、車輛、橋梁、塔架、光伏、高速工程等長期暴露在大氣中使用的鋼結構。1780線已經實現耐候鋼集裝箱板SPA-H的批量供貨，下游用戶主要用于制造集裝箱、鐵道車輛等結構件。在近期生產過程中耐候鋼SPA-H出現批量邊裂缺陷，由于耐候鋼SPA-H其中Cu元素在晶間偏聚引起的銅脆現象易造成耐候鋼邊裂問題[1]，但在針對邊裂鋼卷取樣檢驗成分發現含有Ni元素，通過電鏡掃描未發現銅聚集問題，基本排除耐候鋼銅脆引起的邊裂問題。本批次出現的邊裂問題主要出現在傳動側，由于邊裂深度達到20mm以上，下游用戶無法采用切邊方式處理，造成鋼板無法正常使用，影響下游用戶的生產效率。為保證耐候鋼SPA-H的邊部質量，特對于典型邊裂缺陷形貌及組織特征進行分析，確定形成位置和生成原因。

1 表面檢查儀查驗

圖1 邊裂在表面檢查儀的顯示

通過表面檢查儀查看，如圖1所示，清晰可見帶鋼邊部存在邊裂缺陷，由于表面檢查儀位于卷取機前，因此基本排除卷取機造成的邊裂缺陷。

2 邊裂缺陷理化檢驗

2.1 宏觀形貌

具有邊裂缺陷的鋼卷熱軋生產工藝流程如下：連鑄帶鋼加熱-粗軋-精軋-卷取。發生邊裂缺陷的熱軋板宏觀缺陷形貌見圖2。在熱軋板縱向板邊端部明顯可見缺肉和撕裂缺陷。裂紋最大深度20mm。

圖2 邊裂形貌

2.2 金相觀察分析

2.2.1 缺陷檢驗分析

熱軋鋼板邊部邊裂位置和基體位置截取金相試樣，經過磨制拋光后，置于蔡司200MAT光學顯微鏡下進行觀察。用4%硝酸酒精溶液腐蝕后觀察，發現鋼板基體顯微組織為鐵素體和珠光體，其中邊部邊裂位置明顯可見帶狀組織。鋼板基體顯微組織形貌見圖3、圖4所示。

圖3 鋼板邊部邊裂位置顯微組織形貌

圖4 鋼板基體位置顯微組織形貌

邊裂位置（僅約10mm范圍）金相組織為F+P，P約占10%，F晶粒度約13級，帶狀組織約1.5級。鋼板心部未邊裂位置金相組織為F+P，P約占10%，F晶粒度約11級。通過對比可見，兩個部位組織差異巨大，晶粒尺寸相差一倍。

2.2.2 裂紋分析（橫截面觀察）

板厚邊部位置發現細長的裂紋，放大觀察，可見裂紋末端的氧化狀態。裂紋自表面凹坑處向里擴展。橫向開口處裂紋形貌如圖5所示。試樣縱向邊部有多條裂紋向內部延伸，如圖6所示，周圍無異常夾雜，裂紋周圍也未見明顯脫碳現象。腐蝕后可見顯微組織呈流變狀態，縱向邊部缺陷處裂紋形貌如圖7、8所示[2]。缺陷處的裂紋形態表明，鋼板軋制過程中存在外力撕裂現象。

圖5 裂紋全貌（20×）

圖6 裂紋全貌（100×）

圖7 裂紋細節之一（800×）

圖8 裂紋細節之二（800×）

2.2.3 硬度分析

針對邊裂位置取樣分析，采用布氏硬度檢驗其強度，布氏硬度采用的壓頭為淬硬鋼球，布氏硬度的符號為HBS。圖2右側鋼板分出三小條鋼板，取樣位置分別為存在邊裂的鋼板邊部位置、遠離邊裂的鋼板寬度方向中間位置。取樣大小為80mm×400mm、60mm×150mm、60mm×150mm的 長 方 形 鋼板，取樣代碼命名為試樣1、試樣2、試樣3，具體如圖9所示。

圖9 邊裂位置取樣鋼板

針對試樣1的邊部位置進行布氏硬度測量，具體數值見表1所示，依據GB/T 1172“黑色金屬硬度及強度換算值”標準[3]中布氏硬度與抗拉強度的關系對應得出此位置的抗拉強度。

表1 布氏硬度及對應強度

針對試樣1中寬度方向靠近中心位置、試樣2、試樣3進行布氏硬度測量，具體數值見表2所示，同樣換算出此位置的抗拉強度。

表2 布氏硬度及對應強度

試樣1邊裂位置邊部布氏硬度平均值169HBS、抗拉強度平均值592N/mm2，試樣1未邊裂位置邊部布氏硬度平均值147HBS、抗拉強度平均值523N/mm2。試樣2、試樣3未邊裂位置邊部布氏硬度平均值144HBS、抗拉強度平均值522 N/mm2。通過對比試樣1、試樣2、試樣3布氏硬度值和對應的抗拉強度值發現，邊裂位置布氏硬度與未邊裂位置布氏硬度最大相差35HBS，抗拉強度最大相差89N/mm2。基本可以確認造成耐候鋼邊裂位置存在邊部急劇冷卻情況。

3 邊裂原因確定

通過組織和硬度分析發現邊裂位置存在急劇冷卻現象。而邊部急劇冷卻顯然是由于局部漏水嚴重造成的。通過跟蹤發現在精軋軋制時帶鋼邊部出現黑印，由于一開始分析為氧化鐵皮，所以未查找到造成邊裂的真實原因。通過關閉精軋防落水和表面冷卻水，耐候鋼邊部黑印消失，邊裂問題也隨之解決。

4 結論

針對邊裂試樣采用成分分析排除因銅脆造成的邊裂。通過表面檢查儀清晰可見帶鋼邊部存在邊裂缺陷，排除卷取機造成的邊裂缺陷。對邊裂位置取樣進行分析，采用布氏硬度檢驗其強度，邊裂位置帶狀組織明顯，晶粒尺寸相差一倍，硬度與基體相差35HBS，按照“黑色金屬硬度及強度換算值”標準對比，抗拉強度相差89N/mm2。由此可確定耐候鋼邊裂形成的主要原因是精軋局部漏水嚴重造成邊部急劇冷卻致使帶鋼變硬變脆隨后與精軋導板接觸后形成刮蹭而出現的邊部豁口。