簡介
在鋼坯或鋼材的橫向酸浸試片上顯現出的方形環帶上的深暗色斑點，也稱方形液析。它是方形鋼錠中倒V形巨觀偏析在鋼坯或鋼材橫斷面上的體現，屬於低倍缺陷，可根據試片上腐蝕斑點所占面積及其明暗程度按低倍檢驗標準評級圖評定其級別。
高速鋼經電渣重熔可顯著改善鋼材的碳化物不均勻度,提高鋼材的純淨度,獲得均勻緻密的組織,特別是對高速鋼熱加工塑性大有改善。因而電渣重熔在高速鋼的生產及科研領域得到廣泛套用。目前,國內外生產大斷面高速鋼材普遍採用此法生產。在生產大斷面高速鋼材中曾遇到的關鍵問題是點狀偏析,該問題已經通過攻關基本解決。
檢驗與分析
1 低倍形態
偏析樣是在酸洗檢驗時發現的,所檢驗的鋼材為W9Mo3Cr 4V 高速工具鋼,規格為27mm熱軋圓鋼,退火態。
2 金相分析
通過金相顯微鏡觀察。(放大倍數400X) ,“方形”區域內有較多的硫化物夾雜,並且區域內碳化物較外部粗大,利用圖像分析儀對偏析區域內外碳化物進行分析。
偏析區域內外碳化物分布有一定差別,偏析區內的碳化物顆粒比外部粗大,顆粒數也多,總碳化物面積也多一些。
3 夾雜物檢驗
將磨製好的試樣不經腐蝕,在金相顯微鏡下觀察,發現試樣中夾雜物比較多,特別是在方形區域內部顯得更多,這些夾雜物呈不連續串狀,形狀不規則。
4 掃描電鏡分析
利用掃描電鏡能譜儀還對夾雜物的成分進行定性分析,從分析結果可以推斷該夾雜物的主要成分為含Al、Ca、S等元素的複合氧化物。
5 化學成分分析
利用直讀光譜儀對試樣偏析區內外的化學成分進行分析,偏析區內除Si、S、Al以外,其它合金元素都要偏低些,但是其數值與偏析區外相差不大。
雖然鋼中雜質元素Al、S含量絕對值不高,但區域內外相對值差別是比較大的。分別相差Al- 3. 23倍, S- 1. 16倍。說明區域記憶體在Al、S及其化合物偏析。
6 硬度
對方形區域內外退火後的硬度進行檢測,結果如下:
區域內 HB 234 236
區域外 HB 236 234
可以看出,區域內外硬度基本沒有差別。
方形偏析形成原因
對方形偏析樣的分析可知,形成方形偏析表現形式是由於化學成分的差別,由於方形區域內較高硫化物及氧化鋁等夾雜物存在,在酸浸時很容易被浸蝕因而顏色變得灰暗,而由於有較多較大的夾雜物存在,故酸浸時有微微凹陷的坑。較長的夾雜物在酸洗時很容易被浸蝕掉,形成浸蝕坑,這樣在酸浸後在斷面上象裂紋一樣。從化學成分看方形區域內外的差別,方形區內幾乎所有合金元素都低於方形區外,存在著C及合金元素的負偏析,雜質元素S及Al存在明顯差別。
根據在優質鋼錠中產生方框形偏析的理論,當鋼液在錠模中結晶時,由於柱狀晶的選擇結晶和成長把低熔點組元、氣體及偏析元素推向尚未凝固的中心液相區前沿,隨著冷卻進行,當中心的液相存在足夠過冷度時,中心區域形成粗大的等軸晶,同樣粗大等軸晶的選分結晶使低熔點組元、氣體及偏析元素富集,最後經推向柱狀晶前沿,被冷凝下來後使形成了方框形偏析。在正常電渣重熔過程中,由於熔液凝固速度很快,並且連續凝固,不具備形成方框偏的條件,更不會有較多夾雜物存在。
從試樣分析結果來看, 除偏析區的形狀像“方形”外,還有點狀偏析類似的特點。點狀偏析的形成原因主要有兩點,一是碳化物及硫化物的集聚,二是因為鑄錠凝固過程中,鋼中過飽和的氧析出,與枝晶間鋼液中富集碳生成CO氣孔,這是形成它的內因。電渣重熔電磁攪拌引起液體流動,功率波動引起凝固金屬再次熔化是形成點狀偏析的外因。
若由點狀偏析形成方形偏析,則: 模擬鑄錠方框偏析過程形成較深熔池,產生原因是大電流重熔。第二種可能性就是方形偏析本身表現為淀池的形狀。與第一種原因同時起作用,在重熔的最後階段(補縮階段)由於外界因素的影響改變了渣池的成分組成。
可以分析本試樣的方形偏析是由方框形偏析+ 點狀偏析+ 夾雜物組合物,主要在電渣重熔的補縮階段形成。在電渣重熔的補縮階段,由於電流變小,脫硫效果變差,同時由於操作不當生渣掉入熔池中,這樣由於選分結晶熔池形成“ U”形偏析區,而在區中有未完全浮起夾渣。再後續的熱加工過程中,切頭不淨,形成方形偏析並保留下來。我們曾進行過類似的試驗,就是在補縮前加入熔池少量FeS及生渣,經過後續鍛造軋製得到形狀相同的“方形偏析”。
再來談一下方形偏析對鋼的質量帶來的影響。一般認為,不論是結構鋼還是工具鋼,偏析對鋼的性能都是不利的,嚴重的偏析會導致機械性能惡化, 所以都避免或減少偏析的形成。對於我們所分析的試樣,輕微的偏析(包括碳及合金元素)是不可避免的。它是結晶過程選分結晶的結果,成分偏差不會大,對性能影響也不會大,從我們所分析試樣來看,雖然方形偏析內外雜質元素差別比較大,但其絕對值遠遠低於GB9943- 88中規定的S< 0. 030的要求,所以對於鋼材的性能幾乎沒有影響。但是鋼出現如此大的夾雜物是屬意外事故,由操作不當造成的,是正常生產不應該有的。在偏析區記憶體在較大尺寸的夾雜是不允許的,也是不應該的。
總結
由以上分析和討論可得到以下結論:
(1)方形偏析形成的原因是在電渣重熔補縮階段選分結晶產生雜質元素S、Al等及其夾雜物偏析,而在後續加工過程中形成方形。
(2)偏析區內與外部相比,碳化物顆粒較多,平均尺寸也較大。
(3)輕微的成分偏析基本不影響使用性能。若帶有較大的夾雜物對性能是不利的,也是不允許的。
