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1、1 目录 第一部分 裂纹缺陷 第一章综述 1 1 裂纹分类方法 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 1 3 铸坯裂纹类型与形成位置的关系 1 4 连铸坯形成裂纹的必要条件 1 5 裂纹类型与微观结构和脆性温度区间的关系 1 6 钢的裂纹敏感性评价 1 7 钢中残余有害元素对性能影响 第二章 表面裂纹 2 1 网状裂纹 2 2 星形裂纹 2 3 纵裂纹 2 4 横裂纹 2 目录 第三章 内部裂纹 1 近表裂纹 2 中间裂纹 3 中心裂纹 4 控制措施 第四章 切割裂纹 3 目录 第二部分 连铸坯其它缺陷 第一章 其它外表缺陷 渣沟 渣坑 粘渣 卷渣 气孔 划痕 压痕 夹痕 第二章 其它内部缺陷
2、气孔 缩孔 4 目录 中心疏松 中心偏析 第三章 夹杂缺陷 第四章 形状缺陷 1 椭圆 2 弯曲 3 鼓肚 后附 断口分析 1 断口分析常用定义 2 T23钢高温拉伸断口扫描电镜形貌比较 3 连铸坯表面纵裂断口分析方法应用 4 铸坯纵裂断口案例 5 第一章第一章 综述综述 1 1 裂纹分类方法 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 1 3 铸坯裂纹类型与形成位置的关系 1 4 连铸坯形成裂纹的必要条件 1 5 裂纹类型与微观结构和脆性温度区间的关系 1 6 钢的裂纹敏感性评价 1 7 钢中残余有害元素对性能影响 6 1 1 裂纹分类方法综述 l裂纹的种类 出现的位置 表面裂纹和内部裂纹 按裂纹的
3、走向 横向裂纹和纵向裂纹 按尺寸大小 宏观裂纹和微观裂纹 按出现的温度范围 热裂纹和冷裂纹 按形成机理 热裂纹 冷裂纹 再热裂纹 层状撕裂和应力腐蚀裂纹 7 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 l 热裂纹 在高温阶段发生的开裂现象 是指在钢的凝固过程中 在 300 以上高温下产生的裂纹为热裂纹 热裂纹一般有在稍低于凝固温度下产生的凝固裂纹 也有少 数是在凝固温度区发生的裂纹 它的特征是沿原奥氏体晶界开裂 特征 表面呈氧化色 外形曲折而不规则 沿晶断裂特征 种类 凝固裂纹 液化裂纹 高温失延裂纹 8 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 结晶裂纹 金属凝固结晶末期 在固相线附近发生的晶间开裂现 象
4、 称为凝固裂纹或结晶裂纹 其形成与凝固末期晶间存在的液膜 有关 断口具有沿晶间液膜分离的特征 裂纹无金属光泽 有明显 的氧化色彩 液化裂纹 是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹 一般认为是由于 热影响区金属奥氏体晶界上的低熔点共晶 在热源 火焰切割 高 温作用下发生重新熔化 使金属的塑性和强度急剧下降 在拉伸应 力作用下沿奥氏体晶界开裂而形成的 9 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 高温失延裂纹 在固相线以下的高温阶段 金属处于不断增长的固相收缩应力 作用之下 变形方式主要是依靠位错或空位沿着晶界的扩散 移动 进行 当沿晶界的扩散变形遇到障碍时 如三晶粒相交的顶点 就会因应变集中导致裂纹 空穴开裂
5、理论认为晶界滑动和晶界迁移同时发生 两者共同作 用可形成晶界台阶 进而形成空穴并发展成微裂纹 B A C 裂纹 10 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 l冷裂纹 铸坯在室温附近出现的裂纹 特征 穿晶断裂或晶间断裂 具有金属光泽或轻微氧化色 外形规 则 常呈光滑曲线或直线状 种类 氢致裂纹 淬火裂纹 低塑性脆化裂纹 11 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 氢致裂纹 延迟裂纹 这类裂纹是在氢 钢材淬硬组织和拘束应力的共同作用下产生的 形成温度一般在 Ms 以下 200 至室温范围 由于氢的作用而具有 明显的延迟特征 故又称为氢致裂纹 裂纹的产生存在着潜伏期 几小时 几天甚至更长 缓慢扩展 期和
6、突然开裂三个连续过程 由于能量的释放 常可听到较清晰的开 裂声音 可用声发射仪来监测 常发生在刚性较大的低碳钢 低合 金钢的焊接结构中 12 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 氢致裂纹的机理 应力诱导扩散理论 缺陷提供裂纹源应力集中的应力区 氢向高应力区扩散并聚集促使位错移动或增值 尖端微区的塑性应变量增加 氢浓度达到临界值 局部开裂裂纹向前扩展 13 14 淬硬脆化裂纹 某些淬硬倾向大的钢种 热加工后冷却到Ms 至室温时 因发生 马氏体相变而脆化 在拘束应力作用下即可产生开裂 这种裂纹又称 为淬火裂纹 其产生与氢的关系不大 基本无延迟现象 成形加工后 常立即出现 这类裂纹常出现在具有强烈淬
7、硬倾向的高 中 碳钢 高强度合 金钢 工具钢的焊件中 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 14 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 低塑性脆化裂纹 它是某些低塑性材料冷却到较低温度时 由于体积收缩所引起的 应变超过了材料本身所具有的塑性储备量时所产生的裂纹 这种裂纹通常也无延迟现象 常发生在铸铁或硬质合金构件的成 形加工中 如灰口铸铁在400 以下基本无塑性 焊接裂纹倾向很大 15 1 2 各种裂纹的形成机理及其特征 再加热裂纹 钢坯在一定温度范围内再次加热 消除应力热处理或其它加热过程 而产生的裂纹为再热裂纹 在消除应力热处理过程中产生的再热裂纹又称消除应力处理裂纹 也叫SR裂纹 再热裂纹的
8、产生原因 u 一是与钢中所含碳化物形成元素 Cr Mo V Ti及B等 有关 如 珠光体耐热钢中的V元素 会使SR裂纹敏感性显著增加 u 二是与加热速度和加热时间有关 不同的钢种存在不同的易产生再热 裂纹的敏感温度范围 因此 在制定加热工艺时 应尽量减少坯料在 敏感温度范围内的停留时间 前者是内在因素 后者是外在因素 16 1 3 铸坯裂纹类型与形成位置的关系 17 1 3 铸坯裂纹类型与形成位置的关系 期 裂纹的深 度 18 1 3 铸坯裂纹类型与形成位置的关系 裂纹的断口 19 1 3 铸坯裂纹类型与形成位置的关系 裂纹的脱碳 20 1 4 连铸坯形成裂纹的必要条件 连铸坯形成裂纹的必要条
9、件 外因 内因 钢的裂纹敏感性 21 1 5 裂纹类型与微观结构和脆性温度区间的关系 22 1 5 裂纹类型与微观结构和脆性温度区间的关系 裂纹类型微观结构 脆性 温度区 A 内裂纹 中间裂纹 中心裂纹 柱状晶 B 凹陷形纵裂纹 星形裂纹 表面与心部 网状裂纹 表面与心部 粗大奥氏体 C 表面横裂纹沿粗大奥氏体晶界析 出物或层片状铁素体 D 表面纵裂纹粗大奥氏体 柱状晶 沿粗大奥氏体晶界析 出物或层片状铁素体 氢致裂纹 表示在凹陷底部 由于回热或重熔引起的裂纹 23 1 5 裂纹类型与微观结构和脆性温度区间的关系 1 在 区 柱状晶间裂纹因偏析导致在晶间形成富积S P 有 时也有B的液膜而加剧
10、 2 在 区 晶粒间界产生的裂纹 是由于细小的硫化物和硫氧 化物的沉淀析出 以及铁皮下富积的Cu Sn Sb等元素造成的 3 在 区 晶粒间界裂纹是由于在以低的变形速度变形的过程 中氮化物和氮碳化物的动态析出而产生的 有时沿奥氏体晶粒间界有 先共析铁素体而加剧裂纹 晶粒间界裂纹 星状裂纹 横裂纹 与析出物的富积有关 为此 初 生奥氏体晶粒粗化是一个重要的先决条件 在呈现全部是铁素体凝固 并自然转变为奥氏体时是最明显 24 1 5 裂纹类型与微观结构和脆性温度区间的关 系 对晶粒间界裂纹来说 加Ti对减少星状裂纹 横裂纹有作用的 除了减少自由氮之外 加Ti还有细化晶粒的效果 细化奥氏体晶 粒尺寸
11、 也可以减轻非氧化性元素 Cu Sn Sb 在铁皮下富积的影 响 由于钢中的硫会在晶界偏聚降低晶界强度 且凝固过程中在晶 界形成熔点较低的 Mn Fe S 易造成晶界开裂 Mintz 提供了 Mn S 临界值实验公式 Mn S 1 345XS 0 739 钢中 A1 N 含量增加 连铸坯的第 低塑性区将变宽 这 主要是由于钢中细小的A1N 沿晶界析出 降低了奥氏体晶界强度 易在应力作用下沿晶界开裂 25 1 5 裂纹类型与微观结构和脆性温度区间的关 系 产生内裂纹的判据 内裂纹的产生主要决定于凝固面前沿所能承受的应力应变 当 凝固前沿承受的应变 超过临界应变 临值 则产生裂纹 不同作者 实际测
12、定 临值如下 C 应变 0 15 0 2 0 5 0 17 0 28 3 2 3 6 0 16 0 23 0 5 1 0 0 13 0 15 3 2 3 3 0 13 0 45 0 56 0 18 0 24 0 32 0 62 0 42 1 0 1 5 设计板坯 大方坯时 推荐值 SMS Demag 临 0 1 Danieli 临 0 16 26 1 5 裂纹类型与微观结构和脆性温度区间的关 系 临值主要决定于钢的成分 钢中碳当量CP Mn S比和 临关系 如下图 CP值计算式如下 CP C 0 02Mn 0 04Ni 0 1Si 0 04Cr 0 1Mo 知道钢成分与Mn S 计算出CP值
13、由图可查出 临值 27 1 6 钢的裂纹敏感性评价 内裂率 a 表面裂纹率 b 奥氏体晶粒尺寸 c 与碳C含量的关系 28 1 6 钢的裂纹敏感性评价 29 1 6 钢的裂纹敏感性评价 铁 碳相图 a 凝固时铁素体 奥氏体比例 b 和凝固范围 c 30 1 6 钢的裂纹敏感性评价 用铁素体量 FP ferrite Potential 来评价钢的裂纹敏感性 碳钢 FP 2 5 0 5 C 低合金钢 FP 2 5 0 5 Cp 其中碳当量 Cp C 0 02 Mn 0 04 Ni 0 1 Si 0 04 Cr 0 1 Mo 0 1 S 我司是根据钢液凝固成坯壳的铁素体比例来选用结晶器保护渣的 铁素
14、体比 0 85 铁素体比高 铸坯收缩大 防铸坯凹陷 用包晶钢渣 铁素体比 0 8 0 5 用锰钢渣 铁素体比 0 5 用45钢渣 31 1 6 钢的裂纹敏感性评价 Cp 0 08 0 16 FP 0 85 1 05 表面纵裂 凹陷敏感性 内裂 粘结 相对裂纹敏感性RCS与铁素体FP的关系 二冷设 计依据 保护渣 一 冷设计依据 表裂 凹陷 32 1 6 钢的裂纹敏感性评价 包晶钢与非包晶钢 在结晶器内坯壳形成示意图 a 低碳钢 w C 0 09 b 亚包晶钢 0 09 w C 0 17 c 过包晶钢 0 17 w C 0 40 Mn 0 70 的 优质碳素钢 含碳1 的滚珠轴承钢 及含Cr N
15、i Mo W等元素的合金钢 中 1 3 造成 氢腐蚀 在高温状态下 H 与钢液中的 C 发生反应 即2H2 g C CH4 g 该反应使压力不断增大 并在晶界聚集 使钢产生开裂 鼓泡 在中 高 碳钢中 尤以重轨 大型锻件内 此类缺陷出现较多 42 1 7 钢中残余有害元素对性能影响 1 4 产生 氢脆 氢脆 是一种可逆性的破坏现象 在大于临界的压力作用一段 时问后 H 可使钢突然发生晶界断裂 如在脆断之前 及时去掉应 力则可以避免脆断的发生 见图2 氢脆容易发生于中高碳钢 高锰钢 含镍钢和不锈钢中 钢在潮湿的腐蚀气氛下使用 而发生的 腐蚀断裂 现象 是 氢脆 的一种特殊形式 但 氢脆 在室温附
16、近最严重 而 腐蚀断 裂 则在较高温度时加速 另外后者往往是穿晶断裂 1 5 引发酸脆 这种情况易发生在薄钢板和带 钢的酸洗过程中 在含氢的还原性 气氛中加热或电镀时 钢的表面会 产生新生态的氢 从而加快了氢的 渗入 导致钢产生氢脆及表面凸泡 43 1 7 钢中残余有害元素对性能影响 1 6 产生气泡和点状偏析 这是因为钢液在凝固时会产生偏析 即凝固边缘受挤压的氢气将析 出到中心部分 并且浓度也逐渐增大 从而促进中心孔洞和显微孔的生 长 发育和形成 导致铸坯 锭 产生疏松 缩孔 上涨 不均等缺陷 在板坯 大方坯 钢锭 大铸钢件中 若对此控制不当即会产生废品 1 7 导致钢的焊接性能下降 在焊接过程中 焊件母材因氢作用 将使材料产生宏观缺陷 如气 孔 夹渣 并在断口上多显圆形 银白色斑点 俗称 鱼眼 鱼眼位 于表面层内侧 作为疲劳源 会在热影响区产生裂纹 这对重要的结构 件和造船用宽厚板的危害极大 它还易发生在普通低合金钢和大型结构 件上 44 1 7 钢中残余有害元素对性能影响 2 N 对钢性能的危害 除少量需要氮化物强化的钢材及部分合金钢 不锈钢中要求有一定 的含氮量外 氮对绝大多数
