水电专用钢属于压力容器钢板，一般情况下以中厚板为主。780CF钢作为一种现阶段常用的压力容器钢板,在添加有一定量的Cu元素并经适当的热处理后，会具有更高的强度、更好的低温韧性及良好的低焊接裂纹敏感性，但在控轧控冷工艺及热装热送工艺生产的模式下，生产效率提升的同时，也伴随着板材裂纹问题的增加。某钢厂生产的连铸780CF板坯，在扒皮检测时未发现明显裂纹，但在轧制后钢板表面存在较为严重的裂纹缺陷，严重影响了产品质量。为解决此类问题，本文进行了780CF钢表面裂纹形成原因分析，用于指导生产，提高产品质量。

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实验方法

     实验用材料取自现场生产的某问题批次780CF热轧钢板，其化学成分如表1所示，用线切割切取裂纹样品，用水磨砂纸打磨其断面后进行抛光，利用电子探针进行断面处元素分布分析；再经4%硝酸酒精溶液腐蚀后，利用光学显微镜进行组织分析。

    轧后钢板窄面距上下表面50~500mm处出现裂纹，裂纹表面宏观形貌如图1所示，从图1中可以清晰地看出，裂纹在轧材表面呈不规则状，主要沿纵向延伸，肉眼可见裂纹深度较浅，距离表面约1~2mm。

2.2 裂纹显微观察与分析

    试样表面金相组织如图2所示,其中图2(a)为正常状态的进行组织,其组织均一性较好；图2（b）为异常状态的金相组织，该样品中裂纹自缺口向右侧内部单向延伸，延伸端距表面垂直深度约303μm。裂纹两侧组织差异较大,垂直深度与异常组织厚度基本相同。

     裂纹外侧组织为粗大的铁素体和贝氏体，内侧为流变状组织。表层组织与基体组织在种类与晶粒大小上具有明显的差异性,随着表面距基体距离的增加,组织逐渐均匀。而裂纹的产生位置，便位于两种不同组织的交界处，裂纹尾部发生切断扩展。

     电子探针面扫结果如图3所示,结果表明,钢板表层无明显脱碳特征，裂纹周边也未见明显碳，并且Al、Ti、B,尤其是Cu元素分布也较为均匀,无明显的偏聚现象。裂纹内侧O、Fe元素含量较高可判断裂纹中存在一定的氧化铁。

2.3 裂纹成因探讨

    连铸工序生产出的坯型其表面状况如图4所示，板坯厚度300mm、宽度2000mm,铸坯表面未见异常。同时现场在对铸坯堆垛48h后进行了扒皮清理,清理宽度200mm,深度2~3mm,铸坯在经扒皮清理后未发现肉眼可见裂纹,铸坯的表面及浅表面质量良好,再结合热轧后板材裂纹试样C元素电子探针面扫结果来看,表面组织与内部基体组织中含量分布较均匀,无明显的脱碳现象,说明裂纹的产生并非由铸坯本身遗传缺陷造成的该钢种Cu元素添加量为0.19%,钢中添加一定量的Cu元素,能在一定程度上提高钢的力学性能,但是当Cu含量过高时,就有可能导致热脆现象,进而引发裂纹。据相关文献表明，钢中添加0.35%～1.00%Cu元素后,在氧化性氛围下,加热到大于1083℃(该温度为Cu的熔点温度)时,此时温度与Cu元素引发的热脆倾向为正相关,这和高温度下液态铜的扩散能力有关。据文献报道,钢中的Cu元素是固溶在钢基体中的,由于铁比铜的氧化位能高,铁将优先被氧化。随着钢坯加热过程中其表面氧化的进行,氧化铁皮含量逐渐增加,铜含量将相对增加,直至超出其在铁中的固溶度析出,然后在鳞皮下富集、侵蚀钢坯晶界并沿着晶界逐渐向基体扩散,进而产生微裂纹。铁的氧化对铜的重新分布起到了关键性作用,较高的氧化程度也就为Cu的析出富集产生裂纹提供了可能。而一般热轧前铸坯的加热温度都在1083℃温度节点以上,在保障铸坯轧制温度要求的同时,应控制含Cu钢在加热炉中的加热时间,降低钢坯的氧化烧损量。本文中,从该钢种的裂纹及周边Cu元素的分布结果来看,并未发现Cu元素的富集。780CF钢中添加较低含量(0.19%)的Cu元素,并没有引发Cu元素的偏聚形成裂纹。

    钢板在轧制过程中,所受到的轧制力较为复杂:日本富士钢铁公司的 Samon Yanagimoto采用微元法,研究板材轧制力(pcosθds)在后滑区的压力分布:如图5所示,后滑区内部应力正向平行于轧制方向，中性面处所受应力（σx）恰好相反。板材轧制过程中,在后滑区与前滑区变形时,微观上,金属的变形受其表层晶界的强烈阻碍,变形优先在晶内发生。热粗轧阶段没有消除的粗大异常组织进入未再结晶区轧制时,晶界处的位错塞积加剧,在同样的外加应力作用下，大晶粒的形变更容易从一个晶粒转移到另一个晶粒,所以粗晶区要比细晶区变形容易得多;应变量越大,变形的协调性也就越高。正是由于这种两相区变形的不均匀性,造成了轧制过程中应力的集中，当两相区间所受到的应力足够大，超过其承受的极限时就会导致开裂。同时，粗晶区内部滑移的转移会使更多位错积到粗晶区和细晶区的界面处,加剧界面处的应力集中。

     由上分析,认为裂纹是由于钢板表面的粗晶区与细晶区变形不均匀,在复杂的轧制力下,使得粗晶区与细晶区的分界处位错塞积和应力集中，超过分界处应力承受的极限后便在此开裂。粗晶区不仅优先于细晶区变形,同时较细晶区有着更大的变形量，在轧辊摩擦力作用下,多余的变形被向前推压,沿开裂处向钢板表面延伸，随轧制进行，裂纹向内部扩展，并且由于裂纹扩展方向与轧制方向的一致性，扩展会更易进行，同时钢板表面氧化铁皮被压入。随着裂纹向内部扩展，粗晶区变形量加大，裂纹尾部沿轧向粗晶区相对细晶区的切应力加大，裂纹尾部发生切断扩展。

     780CF钢在轧制过程中经历着奥氏体再结晶与非再结晶两个过程,轧后急冷发生奥氏体向铁素体相变，也就是钢板上表层有缺陷的区域产生了先共析铁素体和形变组织,形变的铁素体发生了部分再结晶。这就说明该部分在轧制过程中冷却强度大，导致板面局部区域温度快速降至两相区，相变析出铁素体。由于铁素体的塑性比奥氏体差，因此在随后轧制过程中受复杂轧制力的作用下，不协调的形变而导致裂纹的发生。

2.4 优化改进试验

    根据上述分析结果,在热送热装过程中,将粗轧开始温度由原来的1050℃提高至1055℃，同时对粗精轧阶段喷头进行了点检更换，在保证原有各道次的压下量及轧制速度下，终轧温度由785℃提高至800℃左右。从而控制好轧材在轧制过程中的冷却速度，减少了此类裂纹的发生。优化改进后，钢板表面质量良好，轧制后取样，其截面金相组织如图6所示。