PDF《20钢 管坯 表 面纵 向裂 纹 的形 成机理》

1 0

0 * Fi g .2 Th e m i c r o s t r u c t u r e o f c r a c k f r e e a r e a i n t u b e bl a nk 大小由夹杂物的数量多少 、 尺寸大小、 分布状态及其 应力的位相关系等因素决定[ .裂纹的生成和扩展 降低 了疲劳强度 , 甚至使工件直接报废 ;

同时夹杂物 的存 在会使零件在腐蚀介质中引起腐蚀 ] . 图 3可见, 有裂纹的试样经

4 的硝酸酒精浸 蚀后的显微 组织为铁素体加少量 珠光体 的正常组 织,但在裂纹附近有大量细小的氧化质点 , 并出现脱 碳现象 , 从而表明裂纹是在高温下产生的. 图3裂纹附近显微组织

1 0

0 * Fi g .3 M i c r o s t r uc t u r e n e a r t h e c r a c k

3 .

2 电镜及 能谱 分析 对图

4 裂 纹在 电镜 下显 示 出不 同颜 色夹杂物

1 、 2进行 E D S分析, 图5a、b中数据表明 , 夹杂物主 要是 由S、

0、 C a 、 K、 S i 、 C r 、 A1 、 Mg 、 C等元素组成的 氧化物 、 硫化物、 碳化物或复杂的硅酸盐. 图4裂纹内夹杂物的 S E M 形貌

2 0

0 * F i g .

4 Th e SEM m o r p h o l o g y o f i n c l u s i o n wi t h i n c r a c k ・ 6O ・

2 0

0 0 l

6 0

0 l

2 0

0 8

0 0

4 0

0 0

0 .

5 1 .

5 2 .

5 3 .

5 4 .

5 5 .

5 6 .

5 7 .

5 8 .

5 能量 / k e V ( a ) 夹杂物 1的能谱 图(b)夹杂物 2的能谱图 图5裂纹处的夹杂物 E D S分析 Fi g.

5 The EDS s p e c t r a o f t he i n c l us i o n wi t h i n t h e c r a c k ( a )i n c l u s i o n

1 a n d ( b )i n c l u s i o n

2 其中c r 元素含量较高 , 可能是由于样品在抛光 时, 抛光粉 Cr z O s容易进入 裂纹 中, 而在超声波清 洗时又难以洗掉的缘故.C含量较高可能是保护渣 增碳造成的.文献[

3 3 介绍 , 一般保护渣的含碳量在

3 ~5 之间, 其 中大部分在熔化时就被消耗掉 , 但 有少量的残留碳使钢液表面增碳, 当保护渣含碳量 超过

6 时增碳就更严重 .硫化物夹杂物主要是在 钢锭凝 固时形成的, 当钢凝固时, 由于偏析 , 硫被排 至树枝晶之间的空间中, 随着凝固过程的进行, 枝晶不断长大, 液体不断减少, 液体中硫的浓度则逐渐增 加,被析 出来的硫和钢 中某些杂质形成硫化物夹杂. 由于硫化物夹杂熔点低 , 它们将最后凝 固, 所以形成 一 层薄膜包围在晶界周 围, 在钢锭凝 固和热加工时 将产生热脆现象[

4 ] .钢 中硫 含量越高 , 硫化物夹杂 中含硫也越多 , 熔点也越低 .在Fe-FeS的二 元系 中, 当FeS为

8 4 .

6 , F e为15.4时, 组成共 晶体 的熔点 为985℃.在裂 纹处取样 进行 化学成 分分 析,其中 S含量为

0 .

1 l , 比厂标规定≤0 .

0 3

5 高 得多.同时钢 中硫含量越 高则形成薄膜 面积也越 大,因而钢的塑性 变差 .另外,

2 0钢在凝 固过程 中 正处于包 晶反应 区, 钢液凝 固存 在 固液两相 区, 在 维普资讯 http://www.cqvip.com 李慧中, 等:20钢管坯表面纵向裂纹的形成机理

1 3

6 5 ℃硫在 F e中的溶解度为

0 .

1 8 , 比在

7 一Fe中溶解度大

3 倍,当发生 一 7转变时, 硫要从 一Fe中析出, 富集到树枝晶间的液体 中, 硫化物被限制在 树枝晶界, 形成一层薄膜包 围晶粒 , 因而降低了固液 相线温度附近钢 的塑性 和强度.当受到外力作用 时,裂纹就沿 晶界产生【 ・ .钢中的氧含量越高 , 硫的危害性表现越明显 .在 高温情况下 , 随着氧在钢中 溶解度的减小, 氧主要以氧化硫夹杂物 的形式在硫 的附近析出, 即晶界析出l