钢锭和钢材的冶金质量问题

1．表面质量

    合金钢的表面质量问题是指结疤、表面夹渣和夹杂、表面裂纹及皮下气泡等缺陷。容易发生表面质量问题的钢种是含al,ti的结构钢。因钢液中的铝、钛使得粘度增大，浇注时钢水表面容易形成氧化膜，这层膜卷入钢水后易使钢材表面质量恶化，形成皮下夹渣等缺陷。

    皮下气泡是钢锭内气体形成的空洞，若皮下气泡的深度在加工余量范围内，则清除后可以使用。与皮下气泡相反，钢锭内部的气泡一般认为在锻压时可以焊合，但与气泡的大小、数量及锻压工艺有关。合金钢钢锭不允许内部有蜂窝状态气泡。

2．低倍缺陷

    钢的低倍缺陷是通过肉眼或大于10倍的放大镜检验的。常见的低倍缺陷有缩孔、疏松、偏析、气泡、夹杂和夹渣、翻皮、裂纹、白点等。

 （1）缩孔：钢锭在浇注过程中，在后凝固部位，由于得不到钢液补充，形成收缩孔洞，称为缩孔。当钢锭热加工成材时，要切除头部，若钢锭切头率不够时，将会使部分缩孔残留于钢中，称之为残余缩孔。

    残余缩孔是钢材中不允许的冶金缺陷。因为残余缩孔是夹杂和气体聚集的地方，在进一步热加工中往往扩展成裂纹，破坏了钢材的连续性。在浇铸钢锭时采取措施，使缩孔集中在钢锭冒口部位，并且在铸锭开坯时保证足够的切头率，即可避免钢材上的残余缩孔缺陷。

 （2）疏松： 铸锭内部通常是不致密的，往往存在着很多因收缩或其他原因而引起的细小孔隙，称为疏松。疏松多位于钢锭的上部和中部，缩孔附近常存在较多疏松。钢材在热加工过程中，疏松可得到很大程度的改善；但若原钢锭的疏松较为严重、压缩比不足，则在热加工后疏松还会存在。钢材叨唠存在疏松，会降低其力学性能，特别是塑性。

 （3）夹杂和夹渣：低倍夹杂物分为内在夹杂物与外来夹杂物两种。内在夹杂物是钢在冶炼及凝固过程中，由于复杂的化学反应结果生成的一些化合物，在钢液凝固时来不及上浮而嵌于钢中，如氧化物、硅酸盐、硫化物、氮化物等属于这类夹杂物。但这类夹杂物一般比较细小且弥散分布于钢中而成为高倍夹杂物，只有在少数情况下聚集而成低倍夹杂物。因而低倍夹杂物常见的还是外来夹杂物。外来夹杂物是冶炼或浇注设备上剥落的耐火材料或未脱净的炉渣及掺入的其他异物，在钢液凝固时嵌入钢中形成的，有时也称为夹渣。

    低倍夹杂物破坏了金属组织的连续性，使钢的性能降低。由于它很脆且硬，故在热加工或热处理时往往形成裂纹，在零件使用过程中可能成为疲劳破坏的根源。所以，钢材或锻件标准均规定低倍酸浸试片上不允许有肉眼可见的夹杂。

 （4）翻皮： 翻皮是钢材在浇注过程中将富集夹杂的液面结膜卷入钢中形成的一种缺陷。它的形成原因主要与浇注速度不稳和锭模模壁不光滑有关。翻皮在横向酸浸试片上呈灰白色或暗黑色的不规则条带，条带部位有肉眼可见的夹渣或夹杂物颗粒，显微镜下可见大量的氧化物、硅酸盐等。翻皮是一种不允许的冶金缺陷，因为它破坏了钢材的连续性，使钢材局部严重污染，并在进一步的变形加工中导致裂纹。

 （5）白点钢经热加工后，在一定温度范围冷却较快时，过饱和的原子氢脱溶进入钢内微孔隙中合成为分子氢，形成巨大压力，并和冷却时的热应力及相变所产生的组织应力相结合，使钢材内部产生细小裂纹。这种细小裂纹在钢材的纵向断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，所以称作白点（图3）。在横向热酸浸宏观试样上则呈细小裂纹，故也称作发裂。

    白点对钢的机械性能，尤其对塑性和韧性有影响，是许多重要用途的合金钢不允许有的低倍缺陷。白点不是在所有合金钢中都能发现的，主要是在铬镍钢、铬镍钼钢、镍钢、钼钢、锰钢等合金结构钢，和属于马氏体、珠光体的轴承钢和工具钢中发现。

    为了防止产生白点，根本的方法是降低钢中的h含量（降至（3-5ppm以下），真空冶炼、真空处理、真空浇注都是行之有效的方法。此外在热加工后，还应进行缓冷，以减小应力。

 （6）偏析： 偏析是钢中化学成分及杂质的不均匀分布现象，它是钢在冶炼及其结晶过程中，由于某些因素的影响而形成的一种常见缺陷。偏析常对钢的组织和性能带来影响，所以对于偏析缺陷应采取控制使用的办法，即在钢材上切取试片经酸浸蚀后予以评定，并按相应标准和技术要求进行控制。

    在酸浸低倍试片上，各种偏析能清晰地显示其形态，按其形态常将偏析分为方框偏析、点状偏析、波纹偏析、枝晶偏析等，钢材经变形后偏析缺陷的形态会发生一定的变化。

    点状态偏析在钢材横向低倍酸浸试片上表现为不规则的暗色班点，试片边缘的称之为边缘点状偏析，分散于整个截面的称为一般点状偏析。点状偏析是由于杂质偏析或合金元素偏析所致。方框偏析亦称为锭型偏析，其特征是在横向酸浸试片上出现内外两个色泽不同的区域，并大致呈方形，在方框区的内部组织较外部疏松。方框偏析是由于铸锭结晶时，在柱状晶的末端与锭型等轴晶区之间，聚集了较多的杂质和孔隙而形成的。现在采用的电渣重熔或真空重熔的冶炼工艺有效地避免了方框偏析及点状偏析。