浅析棒材表面裂纹特点及产生原因解读

浅析棒材表面裂纹特点及产生原因

引言：

表面裂纹是热轧棒材表面缺陷中最常见的一种,为清除这些缺陷,往往不得不花费大量的人力物力,有时还会严重影响企业的正常生产和经济效益。二轧车间自09年元月投产以来，生产的产品经常有表面裂纹的缺陷产生，8月中旬以后，表面裂纹尤其严重，不同钢种，不同规格，热送和冷装均出现裂纹，没有明显的规律，因表面裂纹压钢1400余吨，给轧钢精整工段的修磨工作带来巨大的压力。为此，轧钢部专门成立攻关小组，会同炼钢及质量部，对裂纹的产生原因进行了分析，取得了一些成效，但由于种种原因，没有达到预期的效果。结合对现场裂纹钢材一些数据的统计,参考国内相关专家的一些研究结果,提出了一些看法,希望能对解决二轧热轧棒材表面裂纹问题有所帮助。

1、裂纹的常见种类及特点：

1.1 裂纹分类

由于查不到棒材表面裂纹的准确分类，参照其他厂家的习惯，我们将表面裂纹

分为以下几类：

直型裂纹:指裂纹总长60%以上基本呈直线且偏角小于30度的裂纹。

曲型裂纹(不规则裂纹):除直型裂纹以外的裂纹。

长型裂纹:指裂纹长度大于等于300mm的表面裂纹。

短型裂纹:指裂纹长度小于300mm的表面裂纹。

宽型裂纹:指裂纹最大宽度大于等于1mm的表面裂纹。

窄型裂纹:指裂纹最大宽度小于1mm的表面裂纹。

深型裂纹:指裂纹深度大于0.4表面裂纹。

浅型裂纹:指裂纹深度小于0.4表面裂纹。

密型裂纹:指在圆周角小于等于30度所对应的圆周面上裂纹条数大于等于3条

的裂纹。

疏型裂纹:指在圆周角小于等于30度所对应的圆周面上裂纹条数小于3条的裂

纹。

由于二轧出现的裂纹对钢种没有特殊的针对性，为简化分析，主要针对45#钢进行统计分析，统计分析的批次其化学成分符合45#钢的标准要求。

1.2 二轧车间裂纹的特点：

我们对这些裂纹进行了仔细观察，总结了这些裂纹的表观特征：中间宽，两头细，呈凸透镜状，绝大多数裂纹长约10～30mm，中间宽约1～2mm，这些裂纹有单独出现的，大部分成簇状出现的，另外一部分是直长型，有通根长的，也有中间间断的出现，还有一部分就是密集不规则型。故在分析原因时我们分为以下几类：

①直长裂纹

②直、短、宽型裂纹

③密集不规则型裂纹

④发纹

2、形成表面裂纹的原因：

2.1 直长裂纹的形成原因

与轧制方向相同，呈直线或锯齿状，较长，有的甚至与轧面等长，连续或断续分布在轧材局部或全长，一般分布面不广，宏观为直长裂纹。金相高倍观察时发现，周边基体组织正常，部分裂纹处有脱碳现象，但脱碳层不深。裂纹槽底平直，裂纹源与裂纹末端形状差别不大，裂纹中或裂纹源处往往含有氧化铁（皮）夹杂。由此可见，细、直、长深型裂纹实质上就是折叠。在排除坯料表面的严重划伤的情况下，这种折叠现象是在轧制过程中由于出现耳子在翻转轧制压合形成的。

对于直长裂纹的成因，国内炼钢、轧钢专业的人员，已经形成共识，除非炼钢连铸后的运输过程中有严重的划伤，直长型裂纹大部分是轧制裂纹,其中直长深型裂纹实质是折迭裂纹、直长浅型大部分为拉丝裂纹。曾经在二轧车间发现的直长深的裂纹，经最后的确认，是由于连铸坯在连铸后运送过程中划伤的，这种情况其实是由于坯料检查检验过程出了问题，是生产组织和管理的问题，是完全可能避免的，所以本文排除这种情况。

2.2直、短、宽型裂纹的致因

这种裂纹呈短直线，与轧制方向同，两头尖，中间宽，分布无规律，分布面较广，裂纹较深。

在对直、短、宽型裂纹的金相观察时发现，这类裂纹与表面垂直，裂纹处有呈黑色蜂窝状气孔通道，周围基体有明显的脱碳现象，周围或尾部有氧化物夹杂的聚集。下面是二轧一年来收集的部分裂纹图片：

9200504 9200615

9201660 9202761

92028539203061

9202925 9202964

92032109202275除9203210批外，其余裂纹大部分是属于直短宽型裂纹，为找出这类裂纹产生的原因，我们取样，到石钢做了高倍，裂纹深度分别为0.20、0.35、1.2mm，裂纹区域脱碳严重，裂纹内有氧化铁，裂纹附近存在大量高温氧化物颗粒。

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从裂纹区域脱碳严重这一现象证明，裂纹在加热前或加热初期就已经形成，在快速加热的条件下，连铸坯内外产生较大的温差而形成热应力，同时因发生组织转变而产生较大的组织应力，快速加热使连铸坯表面产生拉应力，当夹杂物在连铸坯表面或近表面，连铸坯表面拉应力使连铸坯在夹杂物或含有夹杂物的偏析带处产生微裂纹，并且在此处产生应力集中，在随后的较大的轧制应力的作用下，使已形成的微裂纹得以连接并扩展，导致圆钢表面产生纵向裂纹。由此看来，高温装炉或快速加热是形成

纵向裂纹的诱因，轧制时变形应力促进了裂纹的扩展，连铸坯上存在的偏析带及夹杂物才是裂纹产生的根本原因。为验证这一推断，我们收集了这类裂纹的批号的资料：

注：上表中黄底为出现裂纹的批次，青色为其相邻炉号。

将上表中不同批号在中包炉次占总炉次的百分比绘制如下图。

从图中看出，在共出现的10炉裂纹炉次中，第一炉有6炉，占总炉次的60%，最后一炉2炉，占总炉次的20%，其他占20%，所以认为因为中包第一炉钢水不洁净是导致上述裂纹的主要原因。

2.3密集不规则型裂纹的产生原因：

对密集不规则型裂纹的分析结果表明此种裂纹截面上的形貌极不规则。它们有的形态为折叠，但是裂纹处或末端折入的并非氧化铁皮，而是非金属夹杂，并有因此而形成的铁素体带，裂纹处或附近常伴有大块夹杂物，对密集不规则型裂纹的分析结果表明此种裂纹横截面上的形貌极不规则。它们有的形态为折迭,但是裂纹处或末端折入的并非氧化铁皮,而是非金属夹杂。裂纹处或附近常伴有大块夹杂物。其形成机理是多晶体金属,在外力作用下产生变形时,主要以滑移方式进行变形,其重要物点是各晶粒填充形状的相互制约性和相互协调性。若因某种原因使晶粒的充形不能相互协调或协调不好金属的变形抗力就大,有时塑性也变差。晶界、晶粒取向、杂质、第2相、晶粒的粗细等都影响晶粒充形的协调性。在多晶体中,当晶界的滑移面与作用力可能成45。时,这些晶粒成为软取向的晶粒。滑移面不与作用力呈45。的称为硬取向晶粒。在外力作用下软取向的晶粒可优先产生滑移变形。多晶体中不仅晶粒与晶粒间的变形程度不同,而且每个晶粒内部的变形也不相同。软三角取向晶粒的变形在晶界外便受压抑使用使变形减小,硬取向晶粒受牵挂使变形增加。两者在晶