摘要
用光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析等手段对37Mn5圆钢穿管后内壁起皮缺陷进行分析。分析表明钢中存在的多种◤非金属夹杂物和气体含量过高是引起起皮的主要原因。
前言
某厂生产的37Mn5圆钢在穿管后，钢管内壁出现大批量的起皮缺陷，严重影响了产品的质量，生产工艺为下料→加热→穿管→穿管→轧制→减径→探伤，经现场进行取样，通过宏观检测、光学显微镜观察和扫描电镜分析等手段对37Mn5穿管缺陷进】行系统分析，查找其产生ω原因，进◥而改善圆钢质量。
1宏观分析
37Mn5穿管后起皮缺陷形貌见图1，呈带状沿纵向¤分布，条状缺陷互相平行，部分缺陷位置表皮已经翘起（图2），部分缺陷位置为鼓包（图3）。
化学成分分析
|
企业标准 |
检测值 |
|
|
C(%) |
0.35-0.40 |
0.37 |
|
Si(%) |
0.15-0.35 |
0.23 |
|
Mn(%) |
1.20-1.50 |
1.40 |
|
P(%) |
≤0.025 |
0.013 |
|
S(%) |
≤0.025 |
0.004 |
|
Alt(%) |
≥0.005 |
0.013 |
|
O(ppm) |
—— |
19 |
|
N(ppm) |
—— |
116 |
金相分析
垂直于起皮缺陷□ 位置取金相试样，对︽试样的横截面进行磨制和抛光，经光学显微镜观察发现：钢中有连续夹杂存■在如图4，翘起和鼓包处发现有大量非金属夹杂，组织为铁素体+珠光体，钢管表面有明显脱碳，翘起处缺陷明◆显有挤压应力存在同时伴有轻微脱碳，应为圆钢内部缺陷，见图7。
扫描电镜分析
对钢中连续夹杂进行能谱分析，主要≡成分为Al、Ca、Si、Mg、Na、Zr等元素组成，应该是来自于中包覆盖剂。
表1夹杂能谱分↘析成分含量
|
Element（元素） |
质量百分比→ |
原子百分比∑ |
|
O |
37.63 |
53.76 |
|
C |
3.02 |
5.74 |
|
Al |
23.72 |
20.09 |
|
Fe |
19.98 |
8.18 |
|
Ca |
4.75 |
2.71 |
|
Na |
6.56 |
6.52 |
|
Si |
0.62 |
0.51 |
|
Mg |
2.13 |
2.00 |
|
Zr |
1.07 |
0.27 |
|
Mn |
0.53 |
0.22 |
对翘起缺陷部位（图2）进行扫描电镜分析，缺陷处有较多夹杂，对缺陷区域进行ξ 能谱分析，主要成分以『▽C、O、Na、Al、Si、Ca、Ti、F、Mg、Mn和Fe元素存在，见图10图12和表2表3。
表2 能谱分析成分含量
|
Element（元素） |
质量百分比 |
原子百分比 |
|
O |
35.15 |
42.26 |
|
C |
21.12 |
33.82 |
|
Al |
1.67 |
8.32 |
|
Fe |
14.43 |
4.97 |
|
Ca |
8.10 |
3.88 |
|
Na |
3.46 |
2.90 |
|
Si |
2.95 |
2.02 |
|
Mg |
1.57 |
1.24 |
|
Ti |
0.91 |
0.37 |
|
Mn |
0.63 |
0.22 |
表3 能谱分析成分含量
|
Element（元素） |
质量百分比 |
原子百分比 |
|
Fe |
34.59 |
16.82 |
|
O |
23.60 |
40.06 |
|
Ca |
17.51 |
11.86 |
|
Al |
8.20 |
8.25 |
|
F |
7.88 |
11.26 |
|
C |
2.92 |
6.60 |
|
Si |
2.49 |
2.40 |
|
Na |
1.97 |
2.32 |
|
Mn |
0.86 |
0.42 |
对鼓包缺陷部位（图3）进行扫描电镜分析∑，缺陷处也发现较多颗粒残留物，对缺陷区域进行能谱分析，见图5，主要成分以C、O、Na、Mg、Al、Si、K、Mn和Fe元素存在，见图14和表4。
5分析与讨论
翘起缺陷处夹杂卐物主要含Na、Al、Si、Ca、Ti、Mg等成分(见表1)。以化合物形式存在于钢中的Al2O3、SiO2 、TiO2夹杂物为脆性，硬度高，在穿管过程中不易发生形变，破坏基体的连续性，造成轧制过程出现缺㊣ 陷;鼓包缺陷处夹杂物主要含Na、Mg、Al、Si、Ca等成分，属于MgO—A12O3一Si02一K2O—Na2O-CaO系的复◆杂氧化物，应来自〖中间包覆盖剂，即在连铸过程中，当中间包钢水高度低于安全高度时，钢液表面会形●成漩涡，将部分液态、半液态或固态的覆盖剂卷入钢液，在上浮时被凝固坯壳所捕捉。
表4试样缺陷处单个夹杂物能谱分析结果( 质量分数%)
|
编号 |
1 |
2 |
3 |
|
C |
8.79 |
8.46 |
6.45 |
|
O |
54.46 |
47.82 |
13.67 |
|
Na |
0.70 |
—— |
—— |
|
Mg |
0.52 |
—— |
—— |
|
Al |
10.69 |
—— |
1.20 |
|
Si |
10.05 |
—— |
3.83 |
|
K |
3.94 |
—— |
—— |
|
Mn |
—— |
—— |
1.71 |
|
Ca |
—— |
—— |
0.79 |
|
Fe |
10.85 |
43.82 |
75.45 |
6结论
经过上述分析可知，37Mn5穿管翘皮的显微组织中有大量Fe、Ca、O、Na、Mg、Al等元素，这些元素以Fe2O3、CaO、SiO2、Al2O3、NaO、MgO等组成，主要来源是中间包覆盖剂和夹杂物，这些夹杂物主要来源于炼钢连铸。由于生产节奏□快，夹杂物上浮〒时间短、钢液液面控制难以有效保证，造成钢材中存在上述夹杂。同时采用︻用分体式水口进行浇铸，密封不严，造成钢液浇铸过程中水口内的负压吸入空气，造成钢水二次氧化和气体含量过高，在高温下在穿管时随着管壁厚度的减少，部分冲◤破内壁，形成内翘皮，还有部分未能冲破则形成鼓包。
