摘要
用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能譜分析等手段對(duì)37Mn5圓鋼穿管后內(nèi)壁起皮缺陷進(jìn)行分析。分析表明鋼中存在的多種非金屬夾雜物和氣體含量過(guò)高是引起起皮的主要原因。
前言
某廠生產(chǎn)的37Mn5圓鋼在穿管后，鋼管內(nèi)壁出現(xiàn)大批量的起皮缺陷，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)工藝為下料→加熱→穿管→穿管→軋制→減徑→探傷，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣，通過(guò)宏觀檢測(cè)、光學(xué)顯微鏡觀察和掃描電鏡分析等手段對(duì)37Mn5穿管缺陷進(jìn)行系統(tǒng)分析，查找其產(chǎn)生原因，進(jìn)而改善圓鋼質(zhì)量。
1宏觀分析
37Mn5穿管后起皮缺陷形貌見(jiàn)圖1，呈帶狀沿縱向分布，條狀缺陷互相平行，部分缺陷位置表皮已經(jīng)翹起（圖2），部分缺陷位置為鼓包（圖3）。
化學(xué)成分分析
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企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) |
檢測(cè)值 |
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C(%) |
0.35-0.40 |
0.37 |
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Si(%) |
0.15-0.35 |
0.23 |
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Mn(%) |
1.20-1.50 |
1.40 |
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P(%) |
≤0.025 |
0.013 |
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S(%) |
≤0.025 |
0.004 |
|
Alt(%) |
≥0.005 |
0.013 |
|
O(ppm) |
—— |
19 |
|
N(ppm) |
—— |
116 |
金相分析
垂直于起皮缺陷位置取金相試樣，對(duì)試樣的橫截面進(jìn)行磨制和拋光，經(jīng)光學(xué)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)：鋼中有連續(xù)夾雜存在如圖4，翹起和鼓包處發(fā)現(xiàn)有大量非金屬夾雜，組織為鐵素體+珠光體，鋼管表面有明顯脫碳，翹起處缺陷明顯有擠壓應(yīng)力存在同時(shí)伴有輕微脫碳，應(yīng)為圓鋼內(nèi)部缺陷，見(jiàn)圖7。
掃描電鏡分析
對(duì)鋼中連續(xù)夾雜進(jìn)行能譜分析，主要成分為Al、Ca、Si、Mg、Na、Zr等元素組成，應(yīng)該是來(lái)自于中包覆蓋劑。
表1夾雜能譜分析成分含量
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Element（元素） |
質(zhì)量百分比 |
原子百分比 |
|
O |
37.63 |
53.76 |
|
C |
3.02 |
5.74 |
|
Al |
23.72 |
20.09 |
|
Fe |
19.98 |
8.18 |
|
Ca |
4.75 |
2.71 |
|
Na |
6.56 |
6.52 |
|
Si |
0.62 |
0.51 |
|
Mg |
2.13 |
2.00 |
|
Zr |
1.07 |
0.27 |
|
Mn |
0.53 |
0.22 |
對(duì)翹起缺陷部位（圖2）進(jìn)行掃描電鏡分析，缺陷處有較多夾雜，對(duì)缺陷區(qū)域進(jìn)行能譜分析，主要成分以C、O、Na、Al、Si、Ca、Ti、F、Mg、Mn和Fe元素存在，見(jiàn)圖10圖12和表2表3。
表2 能譜分析成分含量
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Element（元素） |
質(zhì)量百分比 |
原子百分比 |
|
O |
35.15 |
42.26 |
|
C |
21.12 |
33.82 |
|
Al |
1.67 |
8.32 |
|
Fe |
14.43 |
4.97 |
|
Ca |
8.10 |
3.88 |
|
Na |
3.46 |
2.90 |
|
Si |
2.95 |
2.02 |
|
Mg |
1.57 |
1.24 |
|
Ti |
0.91 |
0.37 |
|
Mn |
0.63 |
0.22 |
表3 能譜分析成分含量
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Element（元素） |
質(zhì)量百分比 |
原子百分比 |
|
Fe |
34.59 |
16.82 |
|
O |
23.60 |
40.06 |
|
Ca |
17.51 |
11.86 |
|
Al |
8.20 |
8.25 |
|
F |
7.88 |
11.26 |
|
C |
2.92 |
6.60 |
|
Si |
2.49 |
2.40 |
|
Na |
1.97 |
2.32 |
|
Mn |
0.86 |
0.42 |
對(duì)鼓包缺陷部位（圖3）進(jìn)行掃描電鏡分析，缺陷處也發(fā)現(xiàn)較多顆粒殘留物，對(duì)缺陷區(qū)域進(jìn)行能譜分析，見(jiàn)圖5，主要成分以C、O、Na、Mg、Al、Si、K、Mn和Fe元素存在，見(jiàn)圖14和表4。
5分析與討論
翹起缺陷處夾雜物主要含Na、Al、Si、Ca、Ti、Mg等成分(見(jiàn)表1)。以化合物形式存在于鋼中的Al2O3、SiO2 、TiO2夾雜物為脆性，硬度高，在穿管過(guò)程中不易發(fā)生形變，破壞基體的連續(xù)性，造成軋制過(guò)程出現(xiàn)缺陷;鼓包缺陷處夾雜物主要含Na、Mg、Al、Si、Ca等成分，屬于MgO—A12O3一Si02一K2O—Na2O-CaO系的復(fù)雜氧化物，應(yīng)來(lái)自中間包覆蓋劑，即在連鑄過(guò)程中，當(dāng)中間包鋼水高度低于安全高度時(shí)，鋼液表面會(huì)形成漩渦，將部分液態(tài)、半液態(tài)或固態(tài)的覆蓋劑卷入鋼液，在上浮時(shí)被凝固坯殼所捕捉。
表4試樣缺陷處單個(gè)夾雜物能譜分析結(jié)果( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)
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編號(hào) |
1 |
2 |
3 |
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C |
8.79 |
8.46 |
6.45 |
|
O |
54.46 |
47.82 |
13.67 |
|
Na |
0.70 |
—— |
—— |
|
Mg |
0.52 |
—— |
—— |
|
Al |
10.69 |
—— |
1.20 |
|
Si |
10.05 |
—— |
3.83 |
|
K |
3.94 |
—— |
—— |
|
Mn |
—— |
—— |
1.71 |
|
Ca |
—— |
—— |
0.79 |
|
Fe |
10.85 |
43.82 |
75.45 |
6結(jié)論
經(jīng)過(guò)上述分析可知，37Mn5穿管翹皮的顯微組織中有大量Fe、Ca、O、Na、Mg、Al等元素，這些元素以Fe2O3、CaO、SiO2、Al2O3、NaO、MgO等組成，主要來(lái)源是中間包覆蓋劑和夾雜物，這些夾雜物主要來(lái)源于煉鋼連鑄。由于生產(chǎn)節(jié)奏快，夾雜物上浮時(shí)間短、鋼液液面控制難以有效保證，造成鋼材中存在上述夾雜。同時(shí)采用用分體式水口進(jìn)行澆鑄，密封不嚴(yán)，造成鋼液澆鑄過(guò)程中水口內(nèi)的負(fù)壓吸入空氣，造成鋼水二次氧化和氣體含量過(guò)高，在高溫下在穿管時(shí)隨著管壁厚度的減少，部分沖破內(nèi)壁，形成內(nèi)翹皮，還有部分未能沖破則形成鼓包。
