型鋼表面線狀缺陷分析與研究

黃 倩

（中鐵建電氣化局集團科技有限公司，河北 保定 074000）

目前，隨著經濟及制造業的蓬勃發展，各類型鋼因其良好的結構性能已廣泛應用于各行各業，型鋼因強度、塑韌性等綜合性能好，可用于疲勞振動及沖擊載荷較大的環境結構中[1]，已成為應用廣泛的結構材料。

隨著型鋼需求量的日益增加，其生產量在逐漸加大，其在生產過程中也經常會出現各類缺陷，如裂紋、劃痕、折疊、結疤等[2]，以上缺陷的存在會降低鋼材的力學性能，有些危險性較大的裂紋擴展后甚至會造成鋼材的脆斷，引發各類事故，產生不良影響，因此對各類缺陷應充分重視，避免使其擴展造成更加惡劣的影響。本文主要分析了實際工作中遇到的一例型鋼表面出現的線狀缺陷問題，通過對其性能及內部結構進行檢驗及分析，確定該線狀缺陷的類別，避免在應用過程中產生重大影響。

1 問題描述

本文中描述的缺陷如圖1所示，為公司在例行工作中發現的型鋼表面缺陷。該線狀缺陷沿鋼材的軋制方向，長度約12mm，分布在型鋼表面的中部。初步分析，該缺陷類似裂紋，裂紋也是型鋼生產中經常出現的一種缺陷類型，但目測無法得知其深度及內部結構組織，鋼材的性能是否符合標準要求也無法得知，故需通過進一步的分析及檢驗檢測，確定該線狀缺陷的類別及對鋼材性能產生的影響。

圖1 型材表面缺陷

2 力學性能分析

為分析該缺陷的類別及對鋼材性能的影響，首先取樣對該型鋼的化學成分進行檢測，表1為該型鋼化學成分檢測的結果。

表1 化學成分

從化學成分的分析結果可知，所檢測的元素含量均在標準技術要求的范圍內，該型材材質符合標準及業主要求。

化學成分符合要求后，取樣進行力學性能試驗，主要對其進行了拉伸性能、冷彎性能以及沖擊性能進行試驗，試驗結果見表2，表3，表4。

表2 拉伸性能

表3 冷彎性能

表4 沖擊性能

從力學性能檢測的結果來看，所檢項目均符合標準的技術要求，型鋼的力學性能未受到影響。尤其是沖擊性能，型鋼的應用環境中，會受到疲勞振動和沖擊力的作用，其沖擊性能尤為重要，若沖擊性能不達標，可能會使鋼材發生脆斷。

3 顯微組織分析

將型鋼沿缺陷部位的橫截面經金相切割機切割取樣，鑲嵌后開始制樣。使用粗細級數不同的砂紙由粗到細依次磨制，直至待觀察面無劃痕出現鏡面狀態，再用專用拋光機進行拋光。經過精磨后的試樣為在顯微鏡下清晰的看到各組織，需用4%的硝酸酒精溶液進行腐蝕，并用超聲波清洗機進行清洗，吹干后穩妥保存，避免出現劃痕，等待觀察試樣的微觀結構

圖2 為缺陷處的微觀組織圖片，通過對制取的試樣進行顯微組織的分析，可知其基體組織為鐵素體和珠光體。

圖2 缺陷處組織

圖3 為缺陷擴展方向的延伸方向上的夾雜物，測量缺陷附近非金屬夾雜的含量，在缺陷位置橫向和縱向進行觀測，可知在缺陷內部及其擴展方向上，發現大量的片狀和塊狀的灰色氧化物和夾雜，并且整體沿缺陷方向呈帶狀分布，經檢測，C類硅酸鹽夾雜1級，D類環球狀氧化物類0.5級。

圖3 缺陷擴展方向的延伸方向上的夾雜物

對缺陷附近組織的晶粒度進行檢測可知，缺陷附近平均晶粒度級別為7.5級，未出現晶粒粗大的現象。

對缺陷附近組織的脫碳情況進行檢測可知，缺陷及其擴展方向的氧化物和夾雜兩側發現鐵素體基體較多，橫截面缺陷位置處的總脫碳層深度為0.26mm，從結果可知輕微脫碳。脫碳現象嚴重的話，會造成材料的強度和硬度下降，影響材料整體的性能，如抗疲勞性、耐磨性等，結合力學性能分析的結果均符合標準要求，且脫碳現象不明顯，故該缺陷未影響材料的相關性能。

故綜合上述分析結果，該型材理化性能以及顯微組織、總脫碳層深度、晶粒度、非金屬夾雜物含量等性能的檢測均未發現異常，推斷該線狀缺陷為軋制過程中的折疊缺陷，雖不影響材料的性能，但鋼廠在鋼材的軋制過程中應嚴格控制軋制工藝和軋制設備，避免在軋制過程中因雜質、毛刺等異物的壓入而產生缺陷。

4 結論

本文對型材表面發現的線狀缺陷進行相關檢測分析，可以得到：

（1）通過對型材化學成分、拉伸性能、冷彎性能、沖擊性能進行分析檢測，均符合標準中規定的技術要求。

（2）對該缺陷附近的顯微組織、總脫碳層深度、晶粒度大小、非金屬夾雜物進行分析及檢測，發現基體組織為鐵素體和珠光體；在缺陷內部及其擴展延伸方向，有大量片狀和塊狀灰色氧化物和夾雜，整體沿缺陷方向呈帶狀分布；缺陷附近平均晶粒度級別為7.5級，沒有晶粒粗大的現象存在；缺陷及其擴展方向的氧化物和夾雜兩側鐵素體較基體多，有輕微脫碳現象。

（3）初步推斷該型材表面的缺陷為折疊缺陷。軋制過程中應嚴格控制軋制設備的工藝參數，防止產生類似缺陷。