一種h型鋼失效分析取樣及分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬失效分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種H型鋼失效分析取樣及分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)H型鋼由方坯及異型坯兩種坯型軋制生產(chǎn)，異型坯形狀獨(dú)特，連鑄生產(chǎn)中橫向表面溫度極不均勻，應(yīng)力、應(yīng)變狀況復(fù)雜。
[0003]在異型坯生產(chǎn)大規(guī)格H型鋼的過程中遇到了冶廢:龜裂、裂紋、夾雜、掉肉、凹坑、結(jié)疤；技廢:超差、波浪、壓痕、彎曲、機(jī)傷、折疊、中廢等質(zhì)量問題。
[0004]失效分析是一門系統(tǒng)工程，其中的分析技術(shù)是其理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。失效分析技術(shù)主要包括痕跡分析技術(shù)、裂紋分析技術(shù)和斷口分析技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。裂紋的起源位置和擴(kuò)展途徑?jīng)Q定了裂紋的宏觀形貌，它們都是構(gòu)件局部受力狀態(tài)和大小(外力)與材料強(qiáng)度(抗力)綜合效應(yīng)的結(jié)果，即應(yīng)力-強(qiáng)度干涉作用的結(jié)果。它們往往是應(yīng)力較大(動(dòng)力大)、強(qiáng)度值較低(阻力小)的路徑，如應(yīng)力集中處或材料局部缺陷處等。
[0005]在異型坯生產(chǎn)H型鋼的過程中會(huì)出現(xiàn)兩種裂紋失效形式，即腹板裂紋和矯直裂紋。其中腹板裂紋和矯直裂紋有時(shí)產(chǎn)生部位都在腹板與翼板連接R角處，且裂紋均從型鋼腹板外表面起始開裂，裂紋沿型鋼腹板厚度向內(nèi)擴(kuò)展，尤其對(duì)于細(xì)小裂紋肉眼宏觀觀察判斷是何種類型的裂紋十分困難，對(duì)于失效分析人員從成品上判斷裂紋產(chǎn)生工序具有一定難度。本發(fā)明準(zhǔn)確有效的區(qū)分了產(chǎn)生在腹板與翼板連接R角處同一部位的腹板裂紋和矯直裂紋兩種不同裂紋失效形式，裂紋類型的確定為生產(chǎn)工藝控制及調(diào)整提供了數(shù)據(jù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種針對(duì)H型鋼表面裂紋質(zhì)量缺陷以及H型鋼R角處產(chǎn)生的裂紋，公開一種如何取樣以及如何將金相分析技術(shù)與能譜分析技術(shù)結(jié)合起來分析裂紋源位置及裂紋成因的方法。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明一種H型鋼失效分析取樣及分析方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008]I)宏觀觀察H型鋼裂紋位置，確定裂紋的類型、外觀形貌、張開情況、長度、深淺，確定是否起源于H型鋼外表面；
[0009]2)根據(jù)H型鋼裂紋產(chǎn)生的部位進(jìn)行初步判斷，在腹板1/4處或1/2處范圍內(nèi)的沿腹板縱向分布的線型裂紋初步判斷為腹板裂紋；在腹板與翼板連接處或腹板與翼板連接處偏腹板一側(cè)沿型鋼縱向分布的線型裂紋則需要進(jìn)一步分析；
[0010]3)位于H型鋼腹板表面裂紋從裂紋最深處取樣進(jìn)行分析，沿H型鋼縱向取金相試樣加工成20mmX20mm ;位于H型鋼R角部位的裂紋從型鋼橫向面端部沿縱向取長度20-30mm試樣，并保留H型鋼整個(gè)橫向面上的宏觀裂紋完整性；
[0011]4)采用機(jī)加工的方法對(duì)有裂紋的試樣另一側(cè)進(jìn)行裂紋預(yù)制，采用力學(xué)壓力機(jī)壓開露出斷口 ；
[0012]5)觀察斷口的宏觀形貌并確定其類型，包括裂紋源、擴(kuò)展區(qū)形貌；
[0013]6)磨制試樣橫向面，在顯微鏡下觀察裂紋形貌及裂紋尖端形貌；
[0014]7)將斷口試樣放入丙酮溶液的超聲波進(jìn)行清洗，用掃描電鏡觀察微觀形貌、斷口形貌，掃描電鏡斷口照片的獲得為該斷口的觀察結(jié)果，用斷口的全貌照片表述；
[0015]8)微觀斷口分析采用微區(qū)能譜儀分析條狀裂紋源的化學(xué)成份，根據(jù)能譜分析結(jié)果確定夾雜物類型及來源；
[0016]9)結(jié)合金相檢測(cè)結(jié)果與掃描電鏡檢測(cè)結(jié)果分析出裂紋產(chǎn)生原因，找出裂紋產(chǎn)生工序，采取有效手段進(jìn)行控制。
[0017]其中所述步驟I)中采用放大鏡觀察H型鋼細(xì)小裂紋位置。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明取得了如下技術(shù)效果:
[0019]本發(fā)明準(zhǔn)確區(qū)分了產(chǎn)生在腹板與翼板連接R角處同一部位的腹板裂紋和矯直裂紋兩種不同缺陷。連接R角處細(xì)小裂紋宏觀形貌相似肉眼難以區(qū)分，該方法對(duì)同一部位裂紋類型的區(qū)分可有效分析產(chǎn)生裂紋工序，并通過工藝改進(jìn)避免該工序產(chǎn)生產(chǎn)品缺陷。在實(shí)際生產(chǎn)中通過該方法確定裂紋類型后，質(zhì)量分析技術(shù)人員可根據(jù)裂紋類型分析判斷出裂紋產(chǎn)生于煉鋼工序或是軋鋼工序。冶金技術(shù)人員及軋鋼技術(shù)人員依據(jù)裂紋來源可進(jìn)一步分析裂紋產(chǎn)生的具體工位，并進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)調(diào)整，避免裂紋的產(chǎn)生提高了企業(yè)產(chǎn)品的成材率。
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0021]圖1為腹板裂紋宏觀形貌圖；
[0022]圖2為腹板裂紋取樣部位圖；
[0023]圖3為腹板裂紋金相組織圖；
[0024]圖4為腹板裂紋斷口形貌圖；
[0025]圖5為矯直裂紋宏觀形貌圖；
[0026]圖6為矯直裂紋取樣示意圖；
[0027]圖7為矯直裂紋微觀形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]首先確定腹板裂紋的位置、類型、外觀形貌及張開情況等，見圖1。主要內(nèi)容包括:裂紋產(chǎn)生的部位；裂紋的平直情況、分叉情況或宏觀走向的變化等。腹板裂紋為線裂紋，其產(chǎn)生于鑄坯表面。由于鑄坯表面的細(xì)小腹板裂紋在氧化皮的遮掩下肉眼不易觀察，所以帶到軋鋼工序經(jīng)軋制成品后裂紋暴露于鋼材表面。取帶有腹板裂紋最深的部位20X20mm塊狀試樣，見圖2。磨制試樣橫向面，拋光后采用4%的硝酸酒精腐蝕。通過光學(xué)顯微鏡對(duì)裂紋表面形態(tài)和裂紋周圍的組織進(jìn)行觀察和分析，可以觀察到腹板裂紋的微觀形貌具有以下特點(diǎn):裂紋擴(kuò)展路徑為穿晶，裂紋有分叉，裂紋處及其附近的晶粒有粗化現(xiàn)象，裂紋兩側(cè)存在氧化和脫碳現(xiàn)象，脫碳的鐵素體與裂紋垂直，裂紋附近有氧化圓點(diǎn)，見圖3。
[0031]采用掃描電子顯微鏡觀察壓開后的斷口，整個(gè)斷口面形貌為解理特征，見圖4，斷口上的夾雜物經(jīng)能譜分析主要成分為O、S1、Mn元素，這類夾雜物非冶煉形成的內(nèi)生夾雜及外來夾雜，是由于鑄坯表面存在裂紋，鑄坯后期加熱及熱軋過程中(950°C -1lSO0C )裂紋與空氣中的氧氣貫穿形成氧化脫碳現(xiàn)象，其中鋼中的碳與氧形成氣體，硅與氧形成氧化圓點(diǎn)，錳為鋼中基體元素未參與反應(yīng)。
[0032]結(jié)合金相與斷口分析結(jié)果可知，成品腹板裂紋產(chǎn)生于鑄坯表面，屬于連鑄缺陷，其微觀裂紋形貌為裂紋從試樣表面向內(nèi)部擴(kuò)展，裂紋在橫向面上有分叉，裂紋周圍有氧化脫碳現(xiàn)象并伴有氧化圓點(diǎn)。
[0033]實(shí)施例2
[0034]首先確定矯直裂紋的位置、類型、外觀形貌及張開情況等，見圖5。主要內(nèi)容包括:裂紋產(chǎn)生的部位；裂紋的平直情況、分叉情況或宏觀走向的變化等。矯直裂紋為線裂紋，其產(chǎn)生于矯直工序，位于腹板與翼板連接處偏腹板一側(cè)。取帶有矯直裂紋試樣，為保證試樣橫向面上的完整性，取樣位置如圖6。磨制試樣橫向面，拋光后采用4%的硝酸酒精腐蝕，通過光學(xué)顯微鏡對(duì)裂紋表面形態(tài)和裂紋周圍的組織進(jìn)行觀察和分析。
[0035]可以觀察到矯直裂紋的微觀形貌具有以下特點(diǎn):裂紋擴(kuò)展路徑為穿晶，裂紋沒有分叉，裂紋處及其附近的晶粒沒有粗化現(xiàn)象，裂紋兩側(cè)無氧化和脫碳現(xiàn)象，裂紋周圍為冷變形組織，組織正常為珠光體+鐵素體，見圖7。
[0036]矯直裂紋產(chǎn)生于矯直工序，由于腹板與翼板在軋鋼過程中延伸不均勻而產(chǎn)生拉應(yīng)力，矯直過程中當(dāng)材料極限強(qiáng)度無法抵抗外來拉應(yīng)力時(shí)則會(huì)產(chǎn)生矯直裂紋。
[0037]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種H型鋼失效分析取樣及分析方法，其特征在于包括以下步驟: 1)宏觀觀察H型鋼裂紋位置，確定裂紋的類型、外觀形貌、張開情況、長度、深淺，確定是否起源于H型鋼外表面； 2)根據(jù)H型鋼裂紋產(chǎn)生的部位進(jìn)行初步判斷，在腹板1/4處或1/2處范圍內(nèi)的沿腹板縱向分布的線型裂紋初步判斷為腹板裂紋； 3)位于H型鋼腹板表面裂紋從裂紋最深處取樣進(jìn)行分析，沿H型鋼縱向取金相試樣加工成20mm X 20mm ;位于H型鋼R角部位的裂紋從型鋼橫向面端部沿縱向取長度20_30mm試樣，并保留H型鋼整個(gè)橫向面上的宏觀裂紋完整性； 4)采用機(jī)加工的方法對(duì)有裂紋的試樣另一側(cè)進(jìn)行裂紋預(yù)制，采用力學(xué)壓力機(jī)壓開露出斷口 ； 5)觀察斷口的宏觀形貌并確定其類型，包括裂紋源、擴(kuò)展區(qū)形貌； 6)磨制試樣橫向面，在顯微鏡下觀察裂紋形貌及裂紋尖端形貌； 7)將斷口試樣放入丙酮溶液的超聲波進(jìn)行清洗，用掃描電鏡觀察微觀形貌、斷口形貌，掃描電鏡斷口照片的獲得為該斷口的觀察結(jié)果，用斷口的全貌照片表述； 8)微觀斷口分析采用微區(qū)能譜儀分析條狀裂紋源的化學(xué)成份，根據(jù)能譜分析結(jié)果確定夾雜物類型及來源； 9)結(jié)合金相檢測(cè)結(jié)果與掃描電鏡檢測(cè)結(jié)果分析出裂紋產(chǎn)生原因，找出裂紋產(chǎn)生工序，采取有效手段進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H型鋼失效分析取樣及分析方法，其特征在于:所述步驟I)中采用放大鏡觀察H型鋼細(xì)小裂紋位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種H型鋼失效分析取樣及分析方法，腹板裂紋和矯直裂紋是異型坯生產(chǎn)H型鋼中常出現(xiàn)的兩種裂紋失效形式，其中腹板裂紋位于H型鋼腹板位置，但腹板裂紋和矯直裂紋有時(shí)產(chǎn)生部位都在腹板與翼板連接R角處難以進(jìn)行區(qū)分；本發(fā)明主要是提供一種判別H型鋼失效形式的方法，及方法實(shí)施過程中的取樣位置及檢測(cè)分析法。
【IPC分類】G01N23-22, G01N21-88, G01N1-04
【公開號(hào)】CN104807667
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510216885
【發(fā)明人】馮巖青
【申請(qǐng)人】內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日