質(zhì)疑"白點(diǎn)"

huahua

“白點(diǎn)”也稱“發(fā)裂”，作為鋼中尤其是含Mn、Cr、Ni等合金元素特殊鋼中的主要缺陷之一，一直困擾著鋼的質(zhì)量。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的科研工作，人們提出了“白點(diǎn)”成因的一些解釋。
　　依據(jù)現(xiàn)有理論以及鋼鐵冶金專業(yè)人士普遍接受的觀點(diǎn)，只要將鋼液中氫降至2ppm以下，又防止了澆注過(guò)程中的吸氣，鋼材上是不應(yīng)產(chǎn)生“白點(diǎn)”的。因此有了VD以及RH這樣的設(shè)備，進(jìn)行了保護(hù)澆注，鋼材中是不應(yīng)產(chǎn)生“白點(diǎn)”的。但是今天合金鋼連鑄生產(chǎn)迅速發(fā)展，真空處理手段十分完善時(shí)，“白點(diǎn)”問(wèn)題比以往任何時(shí)候都更加困擾著當(dāng)今的軸承鋼生產(chǎn)；
　　1．某西部企業(yè)在進(jìn)行模注生產(chǎn)時(shí)，幾乎沒(méi)有遇到“白點(diǎn)”問(wèn)題，但自進(jìn)行軸承鋼的連鑄生產(chǎn)后，“白點(diǎn)”出現(xiàn)概率大幅增加，盡管模注與連鑄時(shí)同樣是未進(jìn)行真空處理；
　　2．洛陽(yáng)軸承集團(tuán)總工程師李孟喜曾問(wèn)筆者，為什么用經(jīng)過(guò)真空處理的某著名廠家生產(chǎn)的軸承鋼的發(fā)裂比該廠未經(jīng)真空處理的發(fā)裂要多；
　　3．某國(guó)內(nèi)著名企業(yè)檢驗(yàn)連鑄軸承鋼，檢驗(yàn)缺陷中時(shí)近50％是“白點(diǎn)”；
　　4．某著名企業(yè)為減少軸承鋼的“白點(diǎn)“，其連鑄大方坯軋制前需經(jīng)近10小時(shí)保溫；
　　5．兩著名企業(yè)功能很好的VD不能解決“白點(diǎn)”困擾，領(lǐng)導(dǎo)決定投入巨額資金建設(shè)RH。
　　而另一些事實(shí)值得注意：
　　1．電渣鋼生產(chǎn)過(guò)程是在非真空狀態(tài)下進(jìn)行的，少有“白點(diǎn)”困擾；
　　2．鄭州永通特鋼采用直流電弧電渣鋼包爐精煉小方坯連鑄生產(chǎn)軸承鋼，且鋼坯未緩冷，鋼材未緩泠，鋼材幾乎未見“白點(diǎn)”。
　　上述事實(shí)說(shuō)明，盡管“白點(diǎn)”理論已提出幾十年了，但很多問(wèn)題仍未解決。它迫使我們必須考慮如下問(wèn)題：
　　1、為什么電渣鋼及小方坯連鑄流程未經(jīng)真空處理過(guò)程卻并不產(chǎn)生“白點(diǎn)”；
　　2、為什么連鑄軸承鋼經(jīng)過(guò)精良的真空處理設(shè)備處理，“白點(diǎn)”卻比未經(jīng)真空處理時(shí)多；
　　3、為什么在西部某鋼廠連鑄時(shí)產(chǎn)生“白點(diǎn)”，模注時(shí)幾乎不見“白點(diǎn)”。
　　4、“白點(diǎn)”的成因究竟是什么?
　　5、“白點(diǎn)”為什么是白的?
　　電渣鋼幾乎不產(chǎn)生“白點(diǎn)”，這一事實(shí)說(shuō)明：“氫”是產(chǎn)生“白點(diǎn)”主要原因這一假說(shuō)應(yīng)當(dāng)受到質(zhì)疑。同行一定承認(rèn)真空精煉使氫達(dá)2ppm以下未使連鑄鋼“白點(diǎn)“問(wèn)題變的輕松。
　　真空處理鋼比非真空處理鋼有更多“白點(diǎn)”這個(gè)事實(shí)對(duì)降低鋼中氫是消除“白點(diǎn)”的主要方法提出質(zhì)疑。
　　模注、電渣及連鑄過(guò)程，在鑄鋼及隨后的軋制過(guò)程中，其組織應(yīng)力基本相同，為什么產(chǎn)生“白點(diǎn)”的概率不同，這樣就可以質(zhì)疑原子氫—組織應(yīng)力假說(shuō)。
　　“白點(diǎn)”有時(shí)與其它裂紋難以區(qū)分，所以有些單位就將一些細(xì)裂紋劃入“白點(diǎn)“。這樣長(zhǎng)時(shí)間的混淆也許說(shuō)明本來(lái)就不應(yīng)當(dāng)單獨(dú)將“白點(diǎn)”從裂紋中分開，統(tǒng)稱發(fā)裂即可。如果將“白點(diǎn)”看成是一種應(yīng)力裂紋，圍繞“白點(diǎn)”成因的一些問(wèn)題就可以得到合適的解釋。
　　可以這樣認(rèn)為：在一些情況下，鋼中存在很大的應(yīng)力，這些應(yīng)力包括熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和加工應(yīng)力。這些應(yīng)力共同或單獨(dú)作用，不同條件下起主導(dǎo)作用的應(yīng)力可能不同。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定限度時(shí)，以鋼內(nèi)部的一些薄弱區(qū)作為裂紋源形成裂紋。當(dāng)鋼中氫含量比較高的時(shí)候；氫向這些裂處擴(kuò)散，當(dāng)氫在位錯(cuò)移動(dòng)區(qū)時(shí)，促進(jìn)這些裂紋的發(fā)展?？傊畱?yīng)力是這些裂紋或“白點(diǎn)”的動(dòng)因。否則，我們無(wú)法解釋那么容易擴(kuò)散的氫何以形成向1400MPa壓力區(qū)域擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力。
　　冶金工作者在無(wú)真空精煉的模注時(shí)代，積累了很多處理類似于“白點(diǎn)”這類裂紋的經(jīng)驗(yàn)。從澆注控制到鋼錠和鋼材尤其是大規(guī)格鋼錠和鋼材的保溫，其主要目的之一就是使鋼錠與鋼坯鋼材中的氫向外擴(kuò)散，以減少形成“白點(diǎn)”的幾率。如果從應(yīng)力作用的思路去考慮問(wèn)題，這些保溫過(guò)程松馳應(yīng)力，減少裂紋的功能是根本性的，是主要的。
　　順理推論，只要鋼中應(yīng)力存在，各種去應(yīng)力的保溫措施就不能取消。電渣過(guò)程是一個(gè)緩慢的結(jié)晶過(guò)程，因此，結(jié)晶時(shí)形成的組織應(yīng)力較小。該過(guò)程是非真空處理過(guò)程，人們普遍注意其后續(xù)工藝過(guò)程的保溫措施，因而基本不會(huì)出現(xiàn)“白點(diǎn)“。模注時(shí)代，無(wú)真空精煉爐，人們認(rèn)識(shí)到“白點(diǎn)”的危害，因此也普遍注意鋼錠緩冷與退火。只要工藝把握得當(dāng)，并無(wú)“白點(diǎn)”之憂。那個(gè)時(shí)代，西寧特鋼的軸承鋼幾乎不出“白點(diǎn)”。有人將曾將西寧特鋼不出“白點(diǎn)”的問(wèn)題歸結(jié)為西寧氣壓低，如果西寧的氣壓就可以消除“白點(diǎn)”，那真空設(shè)備的真空度為o．8倍大氣壓就可以了，這顯然是不能成立的。
　　西寧鋼廠的實(shí)踐證明：沒(méi)有真空，保溫、緩冷工藝合理也可以生產(chǎn)出沒(méi)有“白點(diǎn)“的軸承鋼，只要做好緩冷、保溫措施即可。
　　過(guò)去，人們對(duì)于熱應(yīng)力與組織應(yīng)力給予了充分的注意，但是對(duì)加工應(yīng)力考慮的比較少，而連鑄技術(shù)出現(xiàn)以后，對(duì)連鑄過(guò)程所出現(xiàn)的應(yīng)力特點(diǎn)未給予充分注意。我國(guó)合金鋼連鑄從上世紀(jì)80年代中期展開，進(jìn)展一直較緩慢，在很大程度上與鋼的內(nèi)裂有關(guān)，其中也包括類似“白點(diǎn)“裂紋。
　　由于連鑄過(guò)程與電渣與模注過(guò)程相比澆注速度比較快，補(bǔ)縮不易，外表強(qiáng)制水冷，形成極致密的等軸晶區(qū)，而其中心內(nèi)部較小的區(qū)域內(nèi)是較疏松的較粗大的等軸晶區(qū)。這種致密與疏松的對(duì)比，也就造成較大的組織應(yīng)力差。鑄坯表面水冷下的低溫和內(nèi)部的高溫也是造成內(nèi)外相區(qū)差別的原因，從而造成組織應(yīng)力差別，這種組織應(yīng)力差別比模注也要大的多，與電渣過(guò)程相比差別更大。連鑄與模注及電渣過(guò)程更大的不同在于校直應(yīng)力。由于校直過(guò)程造成內(nèi)弧拉應(yīng)力狀態(tài)與外弧的壓應(yīng)力狀態(tài)。因較直機(jī)的作用所產(chǎn)生的一系列裂紋，在生產(chǎn)中已經(jīng)有較多的注意。但是在沒(méi)有裂紋時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)沒(méi)有給予應(yīng)有觀注。在一些工廠，從消除碳偏析出發(fā)，對(duì)連鑄鋼坯進(jìn)行保溫處理，有的達(dá)10小時(shí)以上，因此可以獲得系統(tǒng)消除缺陷的結(jié)果，其中包括微裂紋及碳偏析。
合金鋼中對(duì)“白點(diǎn)”比較敏感的元素是Cr、Mn、V等。這些元素都是第四周期與鐵晶格尺寸相近的元素與Fe的半徑相近，形成置換固溶體，合金元素周邊的晶格發(fā)生畸變，產(chǎn)生短程應(yīng)力區(qū)。通過(guò)這種畸變使鋼的強(qiáng)度增加，也使塑性降低。因此Cr、Mn、Ni、v鋼是“白點(diǎn)”敏感鋼種，實(shí)際也是應(yīng)力裂紋敏感鋼種。當(dāng)這些合金鋼中有薄弱環(huán)節(jié)時(shí)，在各種應(yīng)力的作用下，裂紋傾向變得顯著。在連鑄這些鋼種，如軸承鋼時(shí)，在校直應(yīng)力，有時(shí)也有液芯壓下的加工應(yīng)力，使鋼坯處于嚴(yán)重的應(yīng)力不均勻狀態(tài)。如果沒(méi)緩冷等技術(shù)措施以松馳應(yīng)力，那么在鋼的薄弱區(qū)，如夾雜物或空滑及技晶間隙處，在拉應(yīng)力作用下形成裂紋，這樣的裂紋形貌同“白點(diǎn)”。回顧十幾年合金鋼尤其是軸承鋼連鑄的歷史，盡管通過(guò)真空精煉已經(jīng)將氫降至很低，但對(duì)保溫、緩冷這些可以松馳應(yīng)力的手段不重視，因而出現(xiàn)的裂紋更多了。出現(xiàn)這種情況的根本原因在于“白點(diǎn)“理論將因果顛倒所致?？梢哉f(shuō)，由于
　　對(duì)應(yīng)力的不重視，使中國(guó)的合金鋼連鑄進(jìn)展緩慢，早期進(jìn)口的幾臺(tái)合金鋼連鑄設(shè)備幾乎全部拆除。這些問(wèn)題的產(chǎn)生是與基本概念模糊有關(guān)的。因?yàn)槿藗兘邮茕撝袣涓咭稹鞍c(diǎn)”這樣一個(gè)理論，認(rèn)為只要降低鋼中氫就會(huì)減少或消除“白點(diǎn)“，因此普遍重視真空設(shè)備的建設(shè)。在模注時(shí)代，由于真空爐外精煉的發(fā)展，夾雜物的減少，裂紋源自然減少，因而“白點(diǎn)“減少了。連鑄出現(xiàn)后盡管鋼液的純凈度在提高，但由于連鑄時(shí)的加工應(yīng)力大幅度增加與組織應(yīng)力的增加，加之以為經(jīng)過(guò)真空處理，保溫、緩冷這些可以松馳應(yīng)力的手段就可以忽視，因而出現(xiàn)的裂紋更多了。
　　關(guān)于“白點(diǎn)”至今人們?nèi)杂袃蓚€(gè)疑問(wèn)即：“白點(diǎn)”為什么是“白”的。依本文作者之見解，所謂“白點(diǎn)”，是短程區(qū)域內(nèi)在拉應(yīng)力下的微小斷口。對(duì)于引起晶格畸形強(qiáng)化的合金、含碳較高的低應(yīng)變能力鋼易于出現(xiàn)，當(dāng)這種情況發(fā)生在鋼的薄弱微區(qū)時(shí)即出現(xiàn)。　
　　至此，總結(jié)本文觀點(diǎn)如下：
　　1、鋼中“白點(diǎn)”是一種應(yīng)力裂紋，是應(yīng)力作用的微小斷口，氫能促進(jìn)這種斷口的增多；
　　2、對(duì)于結(jié)晶過(guò)程緩慢的鋼應(yīng)力比較小，裂紋傾向也比較小；
　　3、傳統(tǒng)的去氫緩冷、保溫措施本質(zhì)上是一種去應(yīng)力措施，同時(shí)也達(dá)到去氫效果，所以可以消除“白點(diǎn)”；
　　4、連鑄鋼有許多類“白點(diǎn)”裂紋的原因是連鑄坯具有更高的組織應(yīng)力與加工應(yīng)力。不管鋼液中氫多低，只要沒(méi)有鋼錠與鋼材的緩冷，這種缺陷必然出現(xiàn)，與是否經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的真空精煉過(guò)程無(wú)關(guān)；
　　5、現(xiàn)代特鋼生產(chǎn)“四位一體”工藝中“白點(diǎn)”更敏感。對(duì)于大型鋼材的生產(chǎn)，流程緩冷、保溫措施不可以省略；
　　6、未經(jīng)真空處理的鋼，鋼錠與鋼材緩冷保溫做好，不會(huì)出現(xiàn)“白點(diǎn)”。經(jīng)過(guò)真空處理氫含量很低的鋼，不注意緩冷與保溫同樣出“白點(diǎn)”。
　　正確的基礎(chǔ)理論是正確的設(shè)備布置與工藝制訂的基礎(chǔ)。由于本文作者從金屬物理到鋼鐵冶金跨專業(yè)的學(xué)習(xí)與特殊的實(shí)踐環(huán)境，對(duì)上述問(wèn)題有所思考，并向穆敬飛、逯登堯、董書通、李孟喜、王忠英、王金海等專家請(qǐng)教并進(jìn)行了有益的討論。
　　由于自己專業(yè)知識(shí)水平限制，觀點(diǎn)錯(cuò)誤在所難免。只要國(guó)內(nèi)鋼鐵冶金尤其是特殊鋼生產(chǎn)同行能夠注意到應(yīng)力的問(wèn)題，注意使用緩冷、保溫等工藝過(guò)程即是萬(wàn)幸了。

admin

合金鋼中對(duì)“白點(diǎn)”比較敏感的元素是Cr、Mn、V等。這些元素都是第四周期與鐵晶格尺寸相近的元素與Fe的半徑相近，形成置換固溶體，合金元素周邊的晶格發(fā)生畸變，產(chǎn)生短程應(yīng)力區(qū)。通過(guò)這種畸變使鋼的強(qiáng)度增加，也使塑性降低。因此Cr、Mn、Ni、v鋼是“白點(diǎn)”敏感鋼種，實(shí)際也是應(yīng)力裂紋敏感鋼種。當(dāng)這些合金鋼中有薄弱環(huán)節(jié)時(shí)，在各種應(yīng)力的作用下，裂紋傾向變得顯著。在連鑄這些鋼種，如軸承鋼時(shí)，在校直應(yīng)力，有時(shí)也有液芯壓下的加工應(yīng)力，使鋼坯處于嚴(yán)重的應(yīng)力不均勻狀態(tài)。如果沒(méi)緩冷等技術(shù)措施以松馳應(yīng)力，那么在鋼的薄弱區(qū)，如夾雜物或空滑及技晶間隙處，在拉應(yīng)力作用下形成裂紋，這樣的裂紋形貌同“白點(diǎn)”?；仡櫴畮啄旰辖痄撚绕涫禽S承鋼連鑄的歷史，盡管通過(guò)真空精煉已經(jīng)將氫降至很低，但對(duì)保溫、緩冷這些可以松馳應(yīng)力的手段不重視，因而出現(xiàn)的裂紋更多了。出現(xiàn)這種情況的根本原因在于“白點(diǎn)“理論將因果顛倒所致?？梢哉f(shuō)，由于
　　對(duì)應(yīng)力的不重視，使中國(guó)的合金鋼連鑄進(jìn)展緩慢，早期進(jìn)口的幾臺(tái)合金鋼連鑄設(shè)備幾乎全部拆除。這些問(wèn)題的產(chǎn)生是與基本概念模糊有關(guān)的。因?yàn)槿藗兘邮茕撝袣涓咭稹鞍c(diǎn)”這樣一個(gè)理論，認(rèn)為只要降低鋼中氫就會(huì)減少或消除“白點(diǎn)“，因此普遍重視真空設(shè)備的建設(shè)。在模注時(shí)代，由于真空爐外精煉的發(fā)展，夾雜物的減少，裂紋源自然減少，因而“白點(diǎn)“減少了。連鑄出現(xiàn)后盡管鋼液的純凈度在提高，但由于連鑄時(shí)的加工應(yīng)力大幅度增加與組織應(yīng)力的增加，加之以為經(jīng)過(guò)真空處理，保溫、緩冷這些可以松馳應(yīng)力的手段就可以忽視，因而出現(xiàn)的裂紋更多了。
　　關(guān)于“白點(diǎn)”至今人們?nèi)杂袃蓚€(gè)疑問(wèn)即：“白點(diǎn)”為什么是“白”的。依本文作者之見解，所謂“白點(diǎn)”，是短程區(qū)域內(nèi)在拉應(yīng)力下的微小斷口。對(duì)于引起晶格畸形強(qiáng)化的合金、含碳較高的低應(yīng)變能力鋼易于出現(xiàn)，當(dāng)這種情況發(fā)生在鋼的薄弱微區(qū)時(shí)即出現(xiàn)。　
　　至此，總結(jié)本文觀點(diǎn)如下：
　　1、鋼中“白點(diǎn)”是一種應(yīng)力裂紋，是應(yīng)力作用的微小斷口，氫能促進(jìn)這種斷口的增多；
　　2、對(duì)于結(jié)晶過(guò)程緩慢的鋼應(yīng)力比較小，裂紋傾向也比較??；
　　3、傳統(tǒng)的去氫緩冷、保溫措施本質(zhì)上是一種去應(yīng)力措施，同時(shí)也達(dá)到去氫效果，所以可以消除“白點(diǎn)”；
　　4、連鑄鋼有許多類“白點(diǎn)”裂紋的原因是連鑄坯具有更高的組織應(yīng)力與加工應(yīng)力。不管鋼液中氫多低，只要沒(méi)有鋼錠與鋼材的緩冷，這種缺陷必然出現(xiàn)，與是否經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的真空精煉過(guò)程無(wú)關(guān)；
　　5、現(xiàn)代特鋼生產(chǎn)“四位一體”工藝中“白點(diǎn)”更敏感。對(duì)于大型鋼材的生產(chǎn)，流程緩冷、保溫措施不可以省略；
　　6、未經(jīng)真空處理的鋼，鋼錠與鋼材緩冷保溫做好，不會(huì)出現(xiàn)“白點(diǎn)”。經(jīng)過(guò)真空處理氫含量很低的鋼，不注意緩冷與保溫同樣出“白點(diǎn)”。
　　正確的基礎(chǔ)理論是正確的設(shè)備布置與工藝制訂的基礎(chǔ)。由于本文作者從金屬物理到鋼鐵冶金跨專業(yè)的學(xué)習(xí)與特殊的實(shí)踐環(huán)境，對(duì)上述問(wèn)題有所思考，并向穆敬飛、逯登堯、董書通、李孟喜、王忠英、王金海等專家請(qǐng)教并進(jìn)行了有益的討論。
　　由于自己專業(yè)知識(shí)水平限制，觀點(diǎn)錯(cuò)誤在所難免。只要國(guó)內(nèi)鋼鐵冶金尤其是特殊鋼生產(chǎn)同行能夠注意到應(yīng)力的問(wèn)題，注意使用緩冷、保溫等工藝過(guò)程即是萬(wàn)幸了。

hcxz2002

將白點(diǎn)理解為裂紋，是一種比較新的思維。不過(guò)感覺(jué)新思維中有些因素沒(méi)有考慮到：
1.合金鋼中對(duì)“白點(diǎn)”比較敏感的元素是Cr、Mn、V等。這些元素都是第四周期與鐵晶格尺寸相近的元素與Fe的半徑相近，形成置換固溶體，合金元素周邊的晶格發(fā)生畸變，而畸變應(yīng)該較小才是！是否在形成置換固溶體的過(guò)程中，引入了間隙固溶體如氫？
2.一般來(lái)說(shuō)，拉應(yīng)力有助于原子的擴(kuò)散，而壓應(yīng)力則減緩原子的擴(kuò)散（在鑄造圓錠時(shí)，一般是中心壓應(yīng)力，外面拉應(yīng)力），冷卻較厲害的時(shí)候，外部拉應(yīng)力叫高，氫擴(kuò)散在一起，成為白點(diǎn)也是有滴。（當(dāng)然還有一種理論，是我現(xiàn)在突發(fā)靈感想到的，就是鑄錠內(nèi)部的壓應(yīng)力區(qū)受到后面熱處理的影響，壓應(yīng)力消除，導(dǎo)致以前“凍結(jié)”的氫聚集成白點(diǎn)?。┕室郧暗摹鞍c(diǎn)”只說(shuō)有沒(méi)有本末倒置值得探討。
3.沒(méi)有時(shí)間說(shuō)了！～～

探傷工

謝謝，學(xué)習(xí)了。