GCr15轴承钢的白点特征

　　摘　要：用EBT+LF+VD工艺冶炼和连铸工艺生产的GCr15钢在氢含量[H]<2.5×10^-6时出现白点，其中小的断续裂纹出现在钢材中心疏松区，裂纹Z长为2mm，数目少于10条，是连铸连轧钢材特有的缺陷。采用扫描电镜观察了淬火试样的断口氢脆特征，其形态为沿晶状。
　　关键词：GCr15轴承钢；白点；连铸工艺
　　有文献认为，当[H]<3×10^-6就可以避免钢中的白点^[1，2]。用EBT+LF+VD工艺冶炼及连铸工艺生产的GCr15轴承钢的氢含量非常低（[H]<2.5×10^-6），在低倍检验中有时却发现GCr15钢轧材中存在小裂纹，极易与低倍中心疏松相混淆。笔者通过金相检验和扫描电镜分析，认为这些小裂纹具有白点特征，但又无法按照现有的国内外标准评级。因此，需对其存在及影响作深入的研究。
　　1　实验
　　试验材料为GCr15钢，其氧、氮和氢元素成分分别为wo=4.9×10^-4，wN=50.3×10^-4，wH=2.3×10^-4。
　　1.1低倍检验
　　在横向低倍试片中心区域，有一些呈任意方向分布的细小裂纹，与中心疏松相混淆，见图1a。用低倍立体显微镜（Z大放大倍数62倍）可清晰显示其特征，见图1b。将低倍试片进行淬火后，其新鲜断口见图1c，发现白点。 　　1.2扫描电镜观察
　　断口的显微形貌特征有两类：①白点内表面上有刻画痕迹，见图2a^[3]；②冰糖状，见图2b。 　　2　讨论
　　对于模铸而言，[H]>3×10^-6时出现白点的几率较大，GCr15钢的白点通常采用低倍酸浸或断口检验，但对一些细长裂纹必须在高倍金相显微镜下方能确定^[5]。而对于连铸，情况就更为复杂，因为[H]<2×10^-6也能使GCr15钢产生白点。
　　目前连铸采用原辅材料烘烤、真空脱气等方法可使氢含量降到门槛值3×10^-6以下，但由于连铸坯受小钢锭效应的影响，其在以枝晶方式凝固时，枝晶结构对固液相变两相区中的液相流动形成阻塞作用，使其坯中心区域缩孔呈断续分布，氢也上行扩散至中心区形成氢化物，致使该区域氢的浓度较高。因此连轧连铸钢中氢脆主要发生在中心区，并与缩孔、偏析等缺陷混在一起。
　　在用热轧材低倍试片制备的断口试样上很难发现白点，但在扫描电镜下观察淬火断口，则能很好的显示白点沿轧制方向呈碎条分布的冰糖状形貌，见图2。
　　产生氢脆的必要条件有三个：①钢中需有氢；②有应力作用；③持续一段时间后才会发生脆断。
　　此外，钢中的夹杂物与氢脆有密切的关系，一是夹杂物吸氢（氢含量高），二是受载后造成应力集中。GCr15钢虽然含氢量较低，但在其生产过程中，通过钢材中心疏松区域，氢可进行充分地扩散，使吸氢的夹杂和显微缺陷周围区域的金属处于氢脆状态，轧制过程的塑性变形与在相变时的组织应力及冷却时的热应力的共同作用下即可形成白点。
　　白点都具有锯齿状边缘，说明该白点的扩张受到了金属阻力的作用，且多数白点断口具有解理特征，则表明该白点形成时，钢已结束了相变和重结晶的过程，因此可能是轧制过程产生的。而少数冰糖状沿晶形貌小区域则可表明其钢材正处于氢脆状态，尚未形成白点^[5]。
　　由于氢含量较低，虽然GCr15钢白点的形成与发展受到限制，但由于轧制钢材的长度可长达数十米，为氢的纵向扩散提供了空间，且只能在心部区域断续纵向分散分布。因此白点表现为非常细小的裂纹。这是用EBT+LF+VD工艺冶炼和连铸工艺生产的钢材特有的白点特征。文献^[4]报道，这类白点仅降低塑性，对强度影响不大，对冲击韧性毫无影响。
　　如何对这类白点进行评级?目前的标准没有特别的规定，并且这些白点极易与中心疏松相混淆。因此，有必要制定一个行业标准进行评级，并且对其对力学性能及疲劳性能所产生的影响进行充分的研究^[7，8]。
　　3　结论
　　用EBT+LF+VD工艺冶炼和连铸生产的GCr15轴承钢在[H]<2.5×10^-6时仍可发现低倍白点。
　　参考文献：
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