工业纯铁方坯表面裂纹形成原因的分析曾静许晓桂张友登刘静陈方玉摘要采用金相检验、电子探针、透射电镜分析等方法，对工业纯铁方坯表面出现 裂纹的原因进行了分析，结果表明：方坯在加热轧制过程中大量的第二相沿晶界 析出是导致纯铁方坯产生网状裂纹的主要原因关键词 工业纯铁析出物表面裂纹CAUSE TO SURFACE CRACKING OF INDUSTRIAL PURE IRON BILLETSZeng Jing Xu Xiao Gui Zhang Youde ng Liu Jing Chen Fan gyu (Wuhan Iron and Steel Corp.)Synopsis Causes to the formation of the surfacecrackings in the pure in dustrial iron are an alyzed by metalloscopy,electr on probe micro-a nalysisa nd tran smissi on electro n microscope exam in ati on .Results show that precipitatio n of the sec ond phase in large qua ntity in the process of preheat ing billets is the primary cause leading to the occurrenee of the reticular crackings in the pure in dustrial iron.Keywords pure in dustrial iron precipita nt surface crack ing1冃I」言某厂生产的工业纯铁质量一直十分稳定，但在某次生产试验中，在加 热轧成 方坯后出现严重的表面裂纹。
本文对出现表面裂纹的原因进行了分析2试验结果2.1 化学成分分析对纯铁缺陷方坯取样进行化学成分复验，结果列于表1表1工业纯铁化学成分(w ) %一\ 儿A糸Ann| Mn || Cu| 0.0027 | 0.018 |0.044 - | 0.009 | 0.040 | 0.0049| 0.0092| 0.016| 0.035 || 0.008| 0.038| 0.0060| v 0.005 |2.2宏观检验图1为该工业纯铁轧成方坯后表面裂纹缺陷宏观照片裂纹大量分布于方坯 表面和棱边，呈网络状、波纹状特征，裂口宽大且较深2.3 酸浸低倍检验 取缺陷方坯横截面低倍试样，用过硫酸铵水溶液浸蚀后进行宏观低倍检查 方坯A中裂纹由表面向内倾斜延伸，深度约5mm左右除4个角部晶粒较粗大外，整个截面上低倍组织均匀，局部可见少量针孔缺陷，见图2图2方坯A低倍组织方坯B中裂纹由表面向内倾斜延伸，深度约5〜15mm有的裂纹呈网络特 征截面上晶粒明显不均匀,4个角部和心部晶粒明显粗大，局部地方有少许针孔 缺陷，见图3图3方坯B低倍组织2.4金相观察在缺陷坯的裂纹部位取金相试样数件，分别磨制方坯的表面和截面观察。
磨掉表面氧化铁皮后可观察到除裂口较大的裂纹外，整个试样表面还分布有大量细 小的网状裂纹在光学显微镜下，裂纹沿粗大的奥氏体晶界破坏,形态断续曲折， 分支较多开裂处晶界氧化，氧化网络所勾画的晶粒轮廓颇为粗大用试剂浸蚀 后观察，可见局部组织晶粒有反常长大特征,这些显微特征说明金属在加热炉内加 热时温度有过高的倾向，见图4 及图5图4磨面为表面试样上裂纹沿晶界分布及周围组织晶粒反常长大特征50 X图5磨面为截面试样上裂纹沿晶界分布特征 50 X光学显微镜下未观察到铜的富集相网络存在，亦未观察到非金属夹杂物与 裂纹有关联的显微特征2.5 电子探针分析用JXA8800R型电子探针对缺陷试样作微区成分分析沿晶界裂纹内覆盖的 灰色氧化物主要为氧化亚铁，局部细小裂纹（晶界）上有硫的偏聚分布某些开 裂的晶界壁上可观察到韧窝花样，韧窝中附着一些化合物， 它们的微区成份主要 含O Al、Si、S Ca等元素这表明晶界裂纹是晶界析出物引起的沿晶韧性断裂2.6 透射电镜观察在有裂纹的金相磨面上制成复型样,用JEM—2000FXH型透射电镜观察，发 现金属基体上有大量的第二相析出物质点图6为这些析出物质点透射扫描像， 从图中可看出这些析出物质点有沿晶界分布的特征。
图7为析出物质点的透射形貌图，可见基体上还有更细小弥散分布的析出物质点对 这些析出物质点作能谱分析，其主要成分为Cu Mn S、Fe,见图8及图9,可以判 断它们是CuS MnS和FeS的复相或单相析出物大的析出物质点尺寸在150nm 左右小的在几十nm左右图6析出物质点透射扫描像 X 6K图7析出物质点形貌及分布X 6KCu0 t 2 9 4 S &图8析出物质点透射图图9析出物质点透射能谱图3分析与讨论(1)电子探针和透射电镜结果表明,工业纯铁方坯表面网状裂纹主要与钢中有 大量第二相(Cu、FeS和MnS析出物呈网络分布于晶界有关由于这些化合物有的熔点较低，当它们分布于晶界上时，在钢的轧制变形区 间(1200〜900C)会成为熔融状态使钢的热塑性显著下降，而熔点高的析出物也抑制 形变时晶界的迁移，使形变穿过晶粒的阻力增大，引起晶界应力集中并沿析出物 产生微孔(韧窝)两类析出物的共同作用导致轧制变形中产生网裂钢中奥氏体晶界和晶内出现大量硫化合物析出的原因与钢中有效锰含量较低 有关,据文献［1 ］介绍，氐碳合金中发生与S和Mn含量相关的脆性,其临界条件是 Mn/Sv 30,锰硫比低脆性的倾向增大。
根据C.T.安德逊等人的意见⑵，防止热脆 性所需的锰浓度可由经验公式表示：w(M n) = 12 ・5w(S)+0.03按照此公式计算，本文纯铁中S含量分别为0.0060%和0.0049%,其必需的 Mr含量应分别为0.105%和0.09%,但从化学成份检验结果来看该纯铁中的Mn含 量仅分别为0.035%和0.044%,这样就不能保证钢中有足够量的锰含量仅分别为 0.035%和 0.044%,这样就不能保证钢中有足够量的锰与硫作用生成高熔点、稳定 的MnS以限制硫的有害作用，钢中过量的硫会在轧制过程中与元素Cu Fe作用形 成低熔点化合物并优先在奥氏体晶界上析出，或者导致S的晶界偏析在文献报 导，在超低碳钢中，如果Mn/S V 20,只要钢的S含量大于30x 10-6，就容易产生 硫的晶界偏析，降低晶界强度，引起钢的热延性降低，而本文产生裂纹的钢坯 Mn S含量均 满足这些条件2) 从低倍检验和金相组织上看 , 此方坯加热和轧制也不正常 , 表现 为奥氏体 晶粒颇为粗大 , 方坯截面组织不均匀和局部铁素体晶粒反常长大说明炉内加热 温度偏高且不均匀 , 而加热温度愈高 , 高温下固溶于钢 中的硫就会愈多。
这样, 在 轧制过程中可提供在奥氏体晶界析出或偏析的有效硫就愈多 , 对方坯表面裂纹缺 陷的形成有一定促进作用4 结论(1) 工业纯铁方坯表面裂纹的形成主要是由于金属内大量 CuS(含少量FeS MnS析出物质点呈网络状分布于晶界上，使晶界热塑性下降所致同时, 该方坯加热温度偏高也进一步促进了表面缺陷的产生2) 控制适当的Mn/S比和合适的加热温度是避免方坯表面出现裂纹的主要 措施联系人:曾静,工程师,武汉市(430080)武钢技术中心 作者单位 ：武汉钢铁集团公司 参考文献1 G.A.Osinkolu, M.Taciowski,A.Kobylanski.Combined and Effect of AIN Sulphur on Hot Ductility of High-Purity Iron -Basealloy.Materials Science and Technology,1985,12 赵坚,赵琳.优质钢缺陷.北京:治金工业出版社 ,1991。