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16Mn拉伸断口白斑形成原因分析
魏建国
王 新 刘
生
(舞阳钢铁有限责任公司钢研所)
摘
要：本文通过金相和断口分析，对16Mn拉伸断口白斑形成的原因及形成机理进行了分析。
关键词：鱼眼状白点；中心裂纹
1 试样情况
由连铸板坯轧成的36mm厚普通低合金16Mn钢板，在进行拉伸试验时，断口上出现脆性白色斑点，其化学成分见表1，力学性能结果见表2。
由上述结果:该批钢板成分正常，强度、冲击韧性符合标准，而延伸率较低。
2
低倍断口形貌
拉伸试样为D0=20的短比例圆拉试样，圆拉试样的中心即为钢板的中心。在圆试样被拉断口一侧，有一比较齐平的银白色非晶状椭圆形斑点，呈没有宏观变形的脆性特征(见图1)，周围是具有明显塑性变形的纤维区和剪切唇。椭圆的长轴为一条8mm长的宏观裂缝。
图1 鱼眼状白点
图2 低倍组织与缺陷
3
酸浸低倍检验
如图2，低倍组织中柱状晶比较发达，最长的柱状晶晶干长达48mm，柱状晶与钢板表面成一定角度，没有明显被破碎的迹象。在近似钢板的中心有平行于钢板表面的中心裂纹。
4 金相分析
在拉伸试样的平行部分切取金相样作金相检验，检验结果见表3。由表3可知:钢中有比较严重的硫化物类非金属夹杂物，且分布在试样的中心，其中一部分非金属夹杂物已经在变形中同钢基体分离形成裂纹并呈沿晶分布(如图3)。
图3
经过变形的非金属夹杂物 200×
在试样的中心线上，由于中心成分偏析形成了少量的贝氏体(如图4)}钢中的裂纹在钢板中心的贝氏体区。
图4 中心组织偏析及裂纹
50× 图5
白斑区断裂形貌
5
高倍断口分析
为分析脆性白色斑点的形成机理，在扫描电子显微镜上对白色斑点区进行微观断裂形貌观察，如图5在整个白斑区域为准解理断裂，椭圆形白斑的长轴为整个准解理区域的断裂源。所有的准解理断裂的解理扇、撕裂棱都从长轴的裂纹对称向两边发展，呈放射状。可见椭圆形的脆性断裂区是依附着中心裂纹形成的，白斑区的大小由裂纹的长短决定。
6 结果分析
1)
由低倍结果;钢中没有垂直于表面的宏观缺陷，所以拉伸断口上的白斑脆性区是在拉伸过程中产生的。
2)
由于钢中存在平行于拉伸方向的中心裂纹，试样中心的变形约束减轻，试样中心的受力状态由硬变软，有利于试样中心的塑性变形，而不会引起试样在拉伸过程中产生脆性。非金属夹杂物和中心裂纹一样破坏了钢的连续性，在塑性变形过程中引起钢的早期断裂使钢的塑性降低。
3)
钢中产生的贝氏体是一种脆性组织，它不仅引起钢的塑性降低而且造成钢的脆性增加。而贝氏体的分布平行于钢板表面，由贝氏体产生的脆性断裂应是与贝氏体分布相一致的细长条带，显然，椭圆形的白色斑点脆性区不是由钢中的贝氏{本造成的。
4)
造成钢中脆性并呈椭圆形态的因素应是具有表面张力的流体即由氢气形成的氢脆。通过上述分析.白斑区的脆性是在拉伸过程中产生的，拉伸变形前不存在裂纹或脆性断裂。脆性白斑的形成以钢山存在的裂纹为断裂源对称向两边发展，由于氢原子在钢的扩散和基体的应力状态有关，张应力有利于氢原子向钢中的扩散。断裂源是一长条状裂纹时，在拉伸过程中裂纹处的应力分布呈椭圆形，裂纹处的氢分子分解为氢原子向张应力分布的区域扩散造成脆性断裂，脆性区呈椭圆形;当缺陷为一点状时，受拉力后，其张力分布呈圆形，白色脆性断裂区就呈圆形。所以，脆性区的大小和形状受钢中裂纹尺寸的控制，这正是鱼眼状白点(也称第二类白点)的特征二。
5)
鱼眼状白点的形成是由偏聚在疏松、裂纹等缺陷中的氢分子，在受张应力时分解为氢原子并向钢中扩散，固溶在位错周围阻滞位错运动，造成钢的脆性。由于氢原子向钢扩散是一个缓慢的过程，因此，当变形速度大于氢的扩散速度时，氢脆就表现不出来，如冲击试验;当变形速度与氢的扩散速度相当或低于氢的扩散速度时，氢脆就能表现出来如标准拉伸试验。由此可见，鱼眼状白点的产生是有条件的，并且具有可逆性，通过扩氢处理可以消除。
6)
氢脆对与断裂无关的指标如屈服强度、抗拉强度、硬度等影响很弱，而使钢的塑性有所降低。该批钢板降低塑性指标的因素不仅仅是氢脆.还包括钢中的中心裂纹和非金属夹杂物。
7 结论
1) 16Mn钢拉伸断口上白斑实质上是鱼眼状白点，它是试样在拉伸过程中表现出的氢脆。
2)
该批钢板塑性的降低是由中心裂纹、非金属夹杂物、钢中的贝氏体组织和氢脆共同作用的结果。
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