實(shí)例一：銅富集引起的板面微裂紋
材料名稱：16Mn
情況說明：
采用無鍍層銅制結(jié)晶器生產(chǎn)的16Mn 連鑄板坯，軋制成中厚板后，板面經(jīng)常出現(xiàn)一種微裂紋，裂紋具有沿軋向變形壓扁的網(wǎng)絡(luò)狀特征（圖1-1) 。在裂紋部位取樣，淺磨板面且拋光裂紋呈網(wǎng)絡(luò)狀分布的特征更加明顯（圖1-2) 。
圖1-1 板面宏觀裂紋形貌
圖1-2 板面拋光形態(tài)下的裂紋形貌
為了弄清這種表面裂紋是在哪個(gè)工序產(chǎn)生的，對同一爐16Mn 鋼的68 塊鑄坯中的10 塊進(jìn)行了表面修磨，另外58塊不修磨，在同一種加熱和軋制工藝下進(jìn)行對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)表明：58 塊未修磨試樣只有18塊表面無裂紋，其余40塊均存在不同程度的表面微裂紋；10塊修磨試樣表面無裂紋。說明裂紋不是加熱過程中產(chǎn)生的，而是由鑄坯帶來的。微觀特征：
用金相顯微鏡觀察板面拋光面，裂紋呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，其內(nèi)嵌有氧化鐵，周圍有細(xì)密的高溫氧化圓點(diǎn)。試樣經(jīng)3%硝酸酒精試劑浸蝕后，裂紋附近和延伸處可觀察到一種浮凸的棕黃色富集相，這種富集相有沿原奧氏體晶界分布特征，見圖1-3。裂紋在縱截面表層具有沿變形最大方向壓扁的網(wǎng)絡(luò)狀特征，其附近和延伸處有明顯的棕黃色富集相，見圖1-4。用電子探針對上述試樣上的棕黃色富集相進(jìn)行成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％） 分析，富集相含有銅元素，定量分析點(diǎn)中w (Cu) 為2. 00%~44. 26%, 而鋼板正常部位分析點(diǎn)中卻無銅元素的聚集，銅元素分布特征見圖1-5和圖1-6。
圖1-6截面表層銅元素分布形態(tài)
分析判斷：
從16Mn 鋼板裂紋的微觀特征以及鑄坯表面修磨對比試驗(yàn)結(jié)果可以看出，板面微裂紋與Cu富集相相關(guān)。Cu 的來源是銅結(jié)晶器被鑄坯表面磨損所致。
材料名稱：高強(qiáng)度船板鋼
情況說明：
形狀不規(guī)則，宏觀特征見圖1-7和圖1-8。用1: 1 鹽酸水溶液對原鋼板表面進(jìn)行酸洗后，發(fā)現(xiàn)板面亦有較多的微裂紋，可見拉伸試樣表面的裂紋是由鋼板帶來的。
微觀特征：
淺磨板面后觀察，裂紋附近有明顯的高溫氧化特征。試樣經(jīng)硝酸酒精試劑浸蝕后，調(diào)動(dòng)顯微鏡焦距可觀察到裂紋附近有一種灰白色浮凸相（圖1-9 ) 。
圖1-9 板面裂紋附近浮凸相（箭頭所示）
取截面試樣觀察，裂紋深度為1.0~1.3mm, 其附近及延伸處也有灰白色的浮凸相（圖1-10 ) 。
圖1-10截面冷卻附近浮凸相（箭頭所示）
用電子探針分析儀對金相試樣上的灰白色浮凸相進(jìn)行微區(qū)成分分析，浮凸相w (As) 高達(dá)7.22%。砷元素分布形態(tài)見圖1-11、圖1-12。而鋼板正常部位w (As) =0.028%, 與正常部位相比，裂紋附近的砷明顯富集。
圖1-12 裂紋延伸處砷元素分布形態(tài)
原料礦石的調(diào)查結(jié)果：
板厚20mm的 ABS 船板鋼（美國標(biāo)準(zhǔn)）， 在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣表面出現(xiàn)微裂紋，裂紋調(diào)查發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)用硫酸渣和部分鐵粉中砷含量超標(biāo)。例如，隨機(jī)抽查的兩個(gè)硫酸渣樣w(As) 分別為0.24%和0.20%, 個(gè)別供貨商的鐵粉中w(As) 甚至達(dá)到0.419%, 明顯超過供貨合同中規(guī)定的w(As) ≤0.05%的要求。分析判斷：
裂紋附近存在明顯的砷富集相，說明鋼板表面裂紋的形成與該富集相有關(guān)。對原料礦石的調(diào)查結(jié)果表明，礦石中的砷含量超標(biāo)。砷的熔點(diǎn)為800℃左右，含有這類低熔點(diǎn)元素的鋼在高溫氧化氣氛中加熱時(shí)，由于選擇性的氧化作用，在氧化鐵皮下形成一層低熔點(diǎn)的砷富集層，這一富集層呈熔融狀態(tài)沿奧氏體晶界滲透，導(dǎo)致晶界高溫強(qiáng)度降低，熱軋時(shí)在鋼板表面產(chǎn)生熱脆裂紋。為避免鋼板表面產(chǎn)生熱脆裂紋，要加強(qiáng)對鐵礦石質(zhì)量的檢查，制定相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。縮短鋼坯在砷富集相熔融區(qū)域的加熱時(shí)間，以減少這類富集相沿奧氏體晶界滲透。實(shí)例3：磷、硫偏析引起的裂紋
材料名稱：Q235B
情況說明：
板厚40mm的Q235B鋼板,加工成圓形拉伸試樣,在拉伸試驗(yàn)過程中試樣表面出現(xiàn)小裂紋（圖1-13) 。微觀特征：
取金相試樣觀察，裂紋出現(xiàn)在鐵素體偏析區(qū)，該區(qū)域存在大量聚集分布的夾雜物，見圖1-14和圖1-15。
經(jīng)電子探針分析，裂紋區(qū)域夾雜物為MnS (圖1-16) , 在該區(qū)域還存在磷的偏析（w (P)達(dá)0.085%) , 而正常部位無磷的偏析。
分析判斷：
由于鐵素體偏析區(qū)有磷元素的偏析和聚集分布的MnS夾雜，相對于正常部位組織，其強(qiáng)度和延塑性低，抗變形能力差，在拉伸時(shí)，這種不協(xié)調(diào)的形變導(dǎo)致偏析區(qū)產(chǎn)生裂紋。實(shí)例4: 稀土氧化物夾雜引起的裂紋
材料名稱：DB685
情況說明：
厚度為40mm的 DB685 熱軋鋼板，板面出現(xiàn)數(shù)量較多的小裂紋（圖1-17) 。
化學(xué)成分：取鋼板裂紋試樣作化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％） 分析，結(jié)果見表1-1。
表1-1 鋼板化學(xué)成分（w/%)
微觀特征：
用金相顯微鏡觀察鋼板縱截面試樣，裂紋分布在試樣表層，多呈樹枝狀沿變形最大方向擴(kuò)展，裂紋處除氧化鐵外，還存在大量聚集分布的灰色顆粒狀?yuàn)A雜物，見圖1-18和圖1-19。
圖1-18 鋼板表層樹枝狀裂紋及夾雜物
圖1-19 聚集分布的灰色顆粒狀?yuàn)A雜物
用電子探針背散射電子像觀察，裂紋處的夾雜物呈白色顆粒，能譜儀分析結(jié)果表明，夾雜物為鑭（w (La) =33. 30%) 和鈰（w (Ce) =52. 03%) 的氧化物，見圖1-20和圖1-21。分析判斷：
鋼板表層存在大量聚集分布的稀土（Le、Ce) 氧化物，這些夾雜物破壞了鋼的連續(xù)性，導(dǎo)致鋼板熱軋時(shí)表面產(chǎn)生裂紋。鋼中加入稀土的作用是凈化鋼液、夾雜物變性、微合金化等。通過結(jié)晶器喂稀土絲的方式加人。當(dāng)稀土加入量相對過高及加入方式不當(dāng)時(shí)，致使稀土金屬富余，富余的稀土金屬在高溫過程中會被氧化，形成高熔點(diǎn)的聚集分布的稀土氧化物夾雜。
實(shí)例5: 鑄坯缺陷引起的板面蛛網(wǎng)狀裂紋
材料名稱：Q345A
情況說明：
板厚為50mm的Q345A熱軋板，距板邊20mm處的板面出現(xiàn)蛛網(wǎng)狀裂紋，裂紋宏觀特征見圖1-22 。微觀特征：
沿板厚方向取截面金相試樣觀察，裂紋根部粗，尾端細(xì)，由表面向內(nèi)深入鋼基，附近及其尾部延伸處有大量密集分布的氧化圓點(diǎn)，且伴有組織脫碳，見圖1-23和圖1-24 。
實(shí)例6: 鑄坯中間裂紋引起的板面橫裂
材料名稱：50號鋼
情況說明：
一批50 號鋼連鑄板坯（坯厚250mm) , 軋制成厚度為85mm的鋼板后，在鋼板的下板面（即原鑄坯的上表面）出現(xiàn)大量長短不一的橫向裂縫，裂縫幾乎布滿整個(gè)板面。宏觀特征見圖1-25和圖1-26。
酸蝕檢驗(yàn)：
取鋼板縱截面低倍試樣作熱酸蝕檢驗(yàn)，鋼板內(nèi)部有嚴(yán)重的裂紋。裂紋位于板面與中心之間，形狀不規(guī)則，多呈曲線狀，其中靠近下板面一側(cè)的裂紋距板面較近，有的已暴露，見圖1-27 。另外，從酸蝕面上還可以看到鋼板枝晶較發(fā)達(dá)。微觀特征：
取截面金相試樣進(jìn)行顯微觀察，主裂紋附近有一些呈網(wǎng)絡(luò)狀分布的細(xì)裂紋、孔貌及 MnS 夾雜物（圖1-28）。
圖1-28 裂紋區(qū)域孔隙及MnS夾雜物
試樣用3%硝酸酒精溶液浸蝕后，正常部位組織為珠光體和網(wǎng)狀鐵素體。與之相比，裂紋區(qū)域珠光體量多且組織粗大，裂紋和孔隙多沿原奧氏體晶界分布，見圖1-29, 根據(jù)組織特征判斷，裂紋區(qū)域碳含量偏高（接近0.7%) 。試樣經(jīng)磷偏析試劑（即奧勃氏試劑）浸蝕后，裂紋區(qū)域呈白亮色（圖1-30) 。用電子提針對金相磨面上的白亮區(qū)和非白亮區(qū)進(jìn)行成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％） 對比分析，結(jié)果列于表1-2。表中白亮區(qū)w (P) 高達(dá)0. 22%, 說明白亮區(qū)為磷的強(qiáng)偏析區(qū)。表1-2 試樣白亮區(qū)和非白亮區(qū)成分對比（w/%)
分析判斷：
50號鋼鋼板下表面出現(xiàn)的大量橫向裂紋是由內(nèi)部裂紋在熱軋過程中暴露所致。該裂紋位于板面與中心之間，相當(dāng)于原鑄坯的柱狀晶區(qū)，裂紋處伴有C、P. S元素的偏析。這此特征與鑄坯中間裂紋相類似，因此可判斷裂紋是由鑄坯帶來的，且屬連鏈板坯中同裂紋。實(shí)例7: 過燒引起的板面網(wǎng)絡(luò)狀裂紋
材料名稱：45號鋼
情況說明：
板厚20mm的45 號鋼熱軋板，板面出現(xiàn)大量的網(wǎng)絡(luò)狀裂紋和裂口（圖1-31) ，淺磨板面后裂紋呈網(wǎng)絡(luò)狀分布的特征更加明顯，見圖1-32。圖1-32 板面拋光面網(wǎng)狀裂紋宏觀特征
沿板厚方向取縱截面金相試樣觀察，裂紋內(nèi)嵌有氧化鐵，附近有一些氧化網(wǎng)絡(luò)，它們在截面表層具有沿變形最大方向壓扁的網(wǎng)絡(luò)狀特征，裂紋附近組織脫碳，部分區(qū)域組織呈魏氏形態(tài)，見圖1-33。圖1-33 截面網(wǎng)狀裂紋及附近組織特征由裂紋和氧化網(wǎng)絡(luò)勾勒的晶粒輪廓判斷，原奧氏體晶粒十分粗大。分析判斷：
45號鋼熱軋板板面裂紋及氧化網(wǎng)絡(luò)具有沿粗大奧氏體晶界分布特征，裂紋附近組織脫碳，且出現(xiàn)魏氏組織。這些特征表明，板坯在加熱爐高溫段產(chǎn)生了過燒，裂紋是由過燒引起的。情況說明：
無取向硅鋼連鑄板坯，熱軋成厚度為3mm的鋼板后，上、下板面各有一條帶狀缺陷（與軋向之間的夾角約為30°) , 條帶較直，略微凸起，一側(cè)有明顯裂紋，另一側(cè)與鋼基連接，見圖1-34。微觀特征：
垂直裂紋取橫截面試樣，肉眼可見裂紋沿板面斜向深入鋼基，在上、下板面對稱分布，裂紋較直，與板面之間的夾角約為45°, 見圖1-35。
裂紋微觀特征如圖1-36 所示，裂紋尾端與板面近似平行，邊緣規(guī)則，其內(nèi)有氧化鐵，附近無高溫氧化特征。經(jīng)試劑浸蝕后，鋼板組織為鐵素體，裂紋附近組織無異常，見圖1-37。分析判斷：
裂紋在上、下板面對稱分布，邊緣規(guī)則，附近無高溫氧化特征，表明裂紋是在軋制過程中因軋制原因（鋼板變形不均或?qū)χ胁涣嫉龋┬纬傻恼郫B缺陷。實(shí)例9: 軋制原因引起的板面橫裂紋
材料名稱：SPHC
情況說明：
SPHC 連鑄板坯、熱軋成厚度為3mm的鋼板后，上板面出現(xiàn)間隔幾乎相等的周期性橫向微裂紋。用過硫酸銨水溶液擦拭板面后，裂紋特征更加明顯，呈曲線狀分布，見圖1-38。微觀特征：
裂紋在鋼板縱截面表層呈雙條對稱分布、附近無高溫氧化特征，見圖1-39。經(jīng)試劑浸蝕后，試樣正常部位組織為鐵素體和少量三次滲碳體、晶粒度為10級，裂紋兩側(cè)的晶粒存在差異，一側(cè)晶粒較細(xì)，晶粒度為11級：另一側(cè)晶粒與正常部位基本相同、晶粒度為9. 5級，見圖1-40。
分析判斷：
裂紋在板面上的分布具有周期性，在縱截面上是雙條對稱分布、附近無高溫氧化特征，表明裂紋是在軋制過程中形成的折疊缺陷。
實(shí)例10: 板面硬化層引起的“搓板狀”橫裂紋
材料名稱：DB685
情況說明：
在生產(chǎn)DB685鋼板的過程中，有一塊板坯在粗軋后曾因設(shè)備故障而在輥道上較長時(shí)間水冷停擱，經(jīng)軋制成厚度為40mm的鋼板后，該鋼板上表面出現(xiàn)較密集的區(qū)域性橫向裂紋，裂紋呈碎條狀有規(guī)律地沿鋼板橫向分布，其長短、深淺不一，宏觀形貌如“搓板狀”， 見圖1-41。有的裂紋開口較大，表現(xiàn)出沿軋向拉開、橫向擴(kuò)展的“分離”特征。酸浸檢驗(yàn)：
在鋼板的縱截面上，磨面經(jīng)酸浸蝕后，有裂紋的上表層呈現(xiàn)出顏色不同的三個(gè)區(qū)域，如圖1-42所示。外表層顏色較淺，裂紋基本位于該區(qū)域內(nèi)，多數(shù)裂紋呈單條斜向深入板厚，部分呈雙條對稱的“喇叭狀”開口；次表層顏色較深，猶如受熱影響的“過渡區(qū)”， 少數(shù)裂紋深入該區(qū)；其余部位為正常區(qū)，顏色有別于上述兩區(qū)。鋼板的下表層顏色與正常區(qū)域相同。微觀特征：
磨制縱截面金相試樣觀察，裂紋較平直，多呈單條狀沿表面斜向深入鋼基，見圖1-43。圖1-42所示的外表層顏色較淺區(qū)域的顯微組織為馬氏體經(jīng)高溫回火的回火索氏體（圖1-44a) 。從組織形貌上可以看出，該區(qū)原奧氏體晶粒粗大且多呈等軸狀，少數(shù)晶粒有變形但變形度很小，這表明其淬火組織是由奧氏體高溫區(qū)（再結(jié)晶區(qū)）相變而來；次表層顏色較深區(qū)域的組織為貝氏體與回火索氏體，原奧氏體晶粒輪廓紊亂，見圖1-44b; 其余正常部位（含鋼板下表層）的組織為板條貝氏體，原奧氏體晶粒形變后被壓扁、伸長，明顯地表現(xiàn)出奧氏體低溫區(qū)（非再結(jié)晶區(qū)）軋制后的相變特征，見圖1-44c。
圖1-44 鋼板截面過渡層a、過渡層b、及中部c組織分布在鋼板上表層（淬硬層）內(nèi)的小裂紋，其兩側(cè)的組織無明顯差別，均屬于原等軸奧氏體轉(zhuǎn)變的馬氏體回火后的組織。
某些進(jìn)入鋼基較深的裂紋，在裂紋的開口部位（裂口起始部位）兩側(cè)組織相同，均為上述淬火馬氏體經(jīng)高溫回火后的組織。而裂紋延伸進(jìn)入“過渡區(qū)”的部位，尤其是靠近裂紋尾部，裂紋兩側(cè)組織差別頗大。裂紋靠近上表層一側(cè)，組織不流變（或很小流變）， 而靠近鋼基內(nèi)部的一側(cè)，組織明顯流變，貝氏體板條沿鋼基流變方向分布，見圖1-45。裂紋兩側(cè)的組織差異正是不同類型的組織隨裂紋形變后的結(jié)果。
以上組織特征表明，裂紋最早在淬硬的表層形成，在其后的軋制過程中進(jìn)一步向內(nèi)擴(kuò)展。并與板面呈一定角度傾斜。
分析判斷：
一般來說，鋼板生產(chǎn)的軋制過程，從開軋至終軋均是在奧氏體相區(qū)進(jìn)行，終軋之后發(fā)生類氏體相變。DB685 鋼屬低碳貝氏體鋼，具有較好的淬透性，終軋之后相變的組織為板條貝氏體。但上述在鋼板截面上所觀察到的宏、微觀組織特征表明，鋼板截面存在三層不同組織的區(qū)域：表層為馬氏體經(jīng)高溫回火的索氏體組織；次表層為貝氏體與回火索氏體；其余正常部位為板條貝氏體組織。表層組織相對于其余部位組織，其強(qiáng)度、硬度較高，延塑性低，在隨后的軋制過程中，較硬的表層比其他部位難于變形，表層組織的變形量將大大低于其他部位，這種不協(xié)調(diào)的形變導(dǎo)致表面拉裂，形成“搓板狀”裂紋。
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