连铸方坯低倍边部裂纹原因分析

赵晗，翁韶华，陈栋，周小明

（兴澄特种钢铁有限公司质量处，江苏江阴214429）

摘  要：分析了连铸方坯产生低倍边部裂纹的原因。结果表明：由于沿晶界析出MnS夹杂物诱发铁素体网，裂纹沿铁素体网萌生并扩展导致边部裂纹的产生。
关键词：连铸方坯；边部裂纹

兴澄特种钢铁有限公司产IE2892用EBT+LF+vD工艺冶炼连铸坯，低倍检测发现300mmx300mm连铸方坯边部裂纹。按YB4002-l标准评定该裂纹为1.5级。为了进-部确认这类缺陷的微观成因，对出现缺陷的低倍样品进行了分析。

1  理化分析

方坯低倍组织比较致密，试片边部有-定深度并与表面垂直的裂纹。根据低倍缺陷的分布情况，分别切取带有缺陷的试样，沿缺陷打开断口试样为1号样，金相试样为2号样。
1.1 化学成分
  用光谱进行化学成分分析，结果见表l。

1.2 断口分析

沿低倍缺陷打开的断口宏观形貌见图1。图中黑色部分为缺陷区（已氧化），有金属光泽的是沿缺陷底部断开的新鲜组织形貌，为结晶状断口。

图1  断口形貌

1.3 金相分析

为准确观察缺陷的金相组织，试样精磨后，用苦味酸酒精溶液侵蚀，然后进行金相观察，结果见图2-4。观察发现：基本组织为珠光体十铁素体。网状铁素体沿晶界分布，裂纹沿晶界上分布的网状铁素体延伸（图4），基体中有大量的球状和片状硫化物，且灰色的硫化物被铁素体所包围。

图2  硫化物在晶界析出(a)，并于铁素体共晶析出(b)

图3夹杂物诱发铁素体呈网状析出

图4裂纹沿铁素体网扩展

1.4 扫描电镜微观分析

用扫描电镜观察金相试样发现，背散射电子图像中铁素体呈黑色网状[图5(a)]。硫化物的能谱分析结果表明其为MnS(图6)，沿晶界分布的多为片状，基体上多为块状。断口裂纹源区已氧化，但硫含量较高(图7)。新鲜断口为穿晶，能谱分析未发现硫元素(图8)。大量沿晶界分布的夹杂物质点中都含有Mn、S、Cr等元素。无论是基体，还是晶界，夹杂物均由铁素体包裹，尤为严重的是铁素体沿晶界呈网状分布，裂纹沿铁素体网萌生并扩展。

2  讨论

连铸坯产生边部裂纹的原因是因局部受应力作用后形成的。对于所分析的样品而言，除了应力的原因外，其夹杂物的含量、分布及形态等因素也是裂纹产生的原因。

低倍断口分两个区域：-为氧化区，是高温形成裂纹产生氧化和低倍酸浸的结果，铁素体包裹的硫化物出现在表面，能谱分析结果表明硫含量较高；二为人工制备的新鲜断口区，为具有明显金属光泽的结晶状断口，扫描电镜下微观特征为穿晶断裂。能谱分析未发现硫元素，这也说明硫化物夹杂被铁素体完全包裹。连铸坯边部裂纹形成原因无非是由于金属本身的强度不够，或是金属中具有比基体先结晶并形成层状骨架的杂质造成的。Mns与铁素体连接沿晶界析出并形成层状骨架是连铸坯产生边部裂纹的内在原因。此外，裂纹是在柱状晶区形成的，而柱状晶区的缺点是沿着拉长的晶粒以及从两个相对长出的两个柱状晶区的接触处存在弱面，当金属内部有沿晶粒边界分布着易溶的MnS和铁素体层状组织时，更加剧了方坯的次表面在冷却过程中由于内应力的作用形成显微裂纹。

(a)背散射电子图像下的铁素体网；(b)片状硫化物＋铁素体沿晶界析出；(c)、(d)随机分布的硫化物

图5  扫描电镜照片

图  6硫化物能谱图

该钢的硫含量较高，而且Mn含量也高。硫化物主要以MnS的形式存在，可在-定程度上消除FeS与铁共晶所产生的红脆效应，虽然纯MnS的熔点很高，但是钢中形成的硫化物相（FeS在Mns中的固溶体）却在比基体的结晶温度还低的温度下结晶，其原因是硫化物夹杂的排列具有共晶性质。MnS沿晶界呈球、片等形状分布，并诱发铁素体形核析出，特别是片状硫化物引发铁素体形成片状立体网络，极大地弱化了晶界，使钢坯的裂纹敏感性增强。

就该钢坯低倍边部裂纹而言，仔细观察可发现细小裂纹成束地断续向前延伸，这也说明了该钢的基体塑性较好。裂纹主要是沿着晶界呈三维向前扩展。

图7  断口氧化区的形貌及能谱分析

图8  新鲜断口形貌及能谱分析

3  结论

连铸方坯（300mmx300mm）低倍边部裂纹产生的原因是：沿晶界分布的MnS夹杂物诱发铁素体呈网状析出引起晶界弱化所致。