近期，供某公司风电法兰用的Q355NE 连铸钢材，用户探伤后不合格，为了查明原因，调查了该炉号的生产过程，并利用检测设备对不合样品进行分析，最终找出了探伤不合格原因，并提出相应的改进措施。
Q355NE 生产工艺流程为转炉／电炉+钢包精炼炉（LF 炉）精炼+真空脱气（RH 炉）+连铸φ800mm 圆坯+缓冷+下料段+加热锻造+碾环+正火+机械加工+探伤。
图1 是法兰缺陷位置和形貌。缺陷位于距内径10～60 mm、深度30～140 mm 处，长条点状、断续分布，探伤当量φ2.0～φ7.0。定位解剖、酸浸低倍检验后，发现其为长条状细直小裂纹，密集分布在中部环状区。沿一条裂纹打断，断口平齐、呈灰白色，小裂纹处有一斑点，因斑点横截面露于外表面，低倍检验时被酸腐蚀为黄色，看不清形貌，其它断口面存在暗色的小点，该断口呈现出明显的脆性断口特征。 图2 是不同倍数下法兰缺陷的显微组织。缺陷样品显微组织为交替分布的偏析带，偏析带金相组织为铁素体+珠光体，如图2 所示。偏析是钢在凝固过程中出现的结晶不平衡，一般先凝固的含有较多的高熔点元素， 后凝固的含有较多低熔点元素，成分上的不均匀导致了组织上的不均匀， 这种偏析既包括碳和合金元素的偏析，也包括杂质和气体元素的偏析。偏析所形成的带状组织，会降低钢材的力学性能，特别是横向的塑性和韧性性能， 使钢材呈现各向异性。另有文献记载，偏析对氢脆裂纹非常敏感。带状组织上常伴有夹杂物，这些在凝固后期的树枝晶间形成的析出物，也会加重带状组织的危害，导致钢氢致裂纹敏感性增强。Serna等人也发现在含有高析出的碳化物以及碳氮化钛（铌）的带状组织中更容易诱发裂纹尖端。带状与基体的组织不同，不同组织性能不同，在受外力时，性能较弱的组织会成为薄弱区域，强弱带之间就会产生应力集中，组织交界处可能成为氢致裂纹的核心和扩展路径。 图3为法兰缺陷处微观断口形貌。从断口形貌图可以看到，断口处存在大量密集分布近似圆形斑点，斑点尺寸为50～500 μm， 斑点颜色比基体略深，大斑点内还聚集着小斑点，斑点深浅不一，斑点较浅，大部分可见底，斑点与基体有明显的分界线；斑点内壁光滑，光滑的自由面上还有较多因气体存在而形成的气蚀孔隙，斑点区可见碎条状形貌；小斑点心部可见夹杂物或微裂纹，斑点多以夹杂物为核心向外扩展，基体是被拉长的韧窝。从断口微观形貌分析判断是白点缺陷，显微孔隙和光滑自由表面、夹杂物等成为白点的核心和气体聚集的陷阱。 图4 是夹杂物能谱分析结果。斑点处存在颗粒状的夹杂物， 能谱定性分析结果是氧化物和硫化物组成的复合夹杂物。 探伤检验结果显示缺陷是长条状、断续存在的，酸洗试片上可见细长裂纹，缺陷处组织是铁素体和珠光体交替分布的带状偏析。断口低倍下观察到暗点，高倍微观形貌上观察到白点特征。一般情况下，白点与正常基体断口形貌不同并有明显的界限，并且材料刚产生的白点与随后进行热处理或热加工的白点形貌不同，因此白点的形貌特征比较复杂。常见的退火态、热轧态、预硬态白点多为碎条状、碎块状、颗粒状等准解理断裂形貌， 白点核区常可观察到波纹状等特征，并且白点处常以夹杂物、显微气孔或碳化物为核心扩展长大，白点的这种解理不同于普通的准解理，看不到明显的河流花样、舌状花样形貌， 解理面变得模糊不清晰。
调质态白点常见到浮云状断裂形貌，并可在白点与基体交界处观察到鸡爪纹。本文研究的Q355NE，从微观断口呈现的碎条状形貌和光滑的自由表面及气蚀小孔等特征，判断是白点缺陷。由于白点缺陷在低倍酸浸腐蚀检验下形貌不明显，很难直接定性，因此需要通过断口形貌来进一步分析判断。 白点是氢和应力共同作用的结果，白点的形成是不断发生和不断长大的过程。它可以产生在各个过程中，铸造、锻造、轧材及随后的热处理前后都可能产生。白点生成孕育期包含钢中氢的偏聚、偏聚区的形成、氢的析出和分子化、白点裂纹的产生与逐渐扩展。刚出现的白点尺寸很小，检测设备很难检测到，随着氢向微孔隙中的聚集，特别是钢中夹杂物、碳化物较严重时，它们与钢基体膨胀和收缩不同，所形成的间隙容易容纳氢，成为氢的汇合地，聚集到汇合地中的原子氢化合为分子氢，分子氢的体积是原子氢的十几倍， 随着氢的不断聚集和化合，夹杂物或碳化物表面、晶粒边界、显微孔隙等周围氢压力不断增大，当氢压力高于钢材的强度极限时，由核心向四周扩展，这样循环交替进行，逐渐使微孔隙发展成为微裂纹，呈现出白点缺陷。钢中氢含量越高，内应力越大、内部缺陷越严重，白点形成的孕育期就愈短， 形成得越快。反之，孕育期愈长，白点的形成就有个滞后的过程， 所以有些白点是在使用过程逐步形成，导致出现零部件的失效。 通过对冶炼工艺过程调查，该炉号中包温度1544～1550 ℃，液相线温度1510 ℃，过热度为34～40 ℃；拉速0.16m／min，恒速。浇注时过热度偏高，导致出现偏析和夹杂物等冶金缺陷。真空处理过程，本炉钢极限真空保持时间为25min，软吹时间25 min，抽真空采用真空泵和机械泵交替的方式进行，因交替使用，导致抽真空效果不足。本炉钢RH 脱气因不是首炉，冶炼过程中未定氢。另外，冶炼该炉钢时正值雨季，炼钢使用的脱氧剂因长期放置吸收了空气中的水分，加上连铸保护渣干燥不良等原因，导致钢中含有过量的氢，最终出现了白点。综合分析，法兰盘存在白点形成的直线状裂纹是探伤不合的主要原因，组织上的偏析和夹杂物促进了该缺陷的形成。 在实际生产中，我们除了生产过程中严格控制氢含量、减少内应力、控制抽真空过程外，还应减少钢中内部缺陷，比如夹杂物、碳化物、微气孔等，减少储氢条件的出现也能抑制白点的产生。对于显微偏析，我们要控制好浇注温度和浇注速度， 避免粗大晶粒的形成，热加工时，增大锻造比和压下量，采取扩散退火等处理都可以减少偏析程度。 （1） 白点形成的微裂纹是探伤不合格的主要原因，夹杂物和显微孔隙、偏析组织的存在，不仅为白点的形成提供了储氢空间，而且受载后容易应力集中， 促进白点的形成。
（2） 低倍形貌不明显的白点，可以做断口进一步分析，这一方法也提高了对白点缺陷判定的准确性。目前还没有高倍下断口评定白点的微观形貌评级标准，还需要多积累图片资料，进而制定指导性的参考图谱。
来源：热加工论坛
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