质疑"白点"

huahua

“白点”也称“发裂”，作为钢中尤其是含Mn、Cr、Ni等合金元素特殊钢中的主要缺陷之一，一直困扰着钢的质量。经过长期的科研工作，人们提出了“白点”成因的一些解释。
　　依据现有理论以及钢铁冶金专业人士普遍接受的观点，只要将钢液中氢降至2ppm以下，又防止了浇注过程中的吸气，钢材上是不应产生“白点”的。因此有了VD以及RH这样的设备，进行了保护浇注，钢材中是不应产生“白点”的。但是今天合金钢连铸生产迅速发展，真空处理手段十分完善时，“白点”问题比以往任何时候都更加困扰着当今的轴承钢生产；
　　1．某西部企业在进行模注生产时，几乎没有遇到“白点”问题，但自进行轴承钢的连铸生产后，“白点”出现概率大幅增加，尽管模注与连铸时同样是未进行真空处理；
　　2．洛阳轴承集团总工程师李孟喜曾问笔者，为什么用经过真空处理的某著名厂家生产的轴承钢的发裂比该厂未经真空处理的发裂要多；
　　3．某国内著名企业检验连铸轴承钢，检验缺陷中时近50％是“白点”；
　　4．某著名企业为减少轴承钢的“白点“，其连铸大方坯轧制前需经近10小时保温；
　　5．两著名企业功能很好的VD不能解决“白点”困扰，领导决定投入巨额资金建设RH。
　　而另一些事实值得注意：
　　1．电渣钢生产过程是在非真空状态下进行的，少有“白点”困扰；
　　2．郑州永通特钢采用直流电弧电渣钢包炉精炼小方坯连铸生产轴承钢，且钢坯未缓冷，钢材未缓泠，钢材几乎未见“白点”。
　　上述事实说明，尽管“白点”理论已提出几十年了，但很多问题仍未解决。它迫使我们必须考虑如下问题：
　　1、为什么电渣钢及小方坯连铸流程未经真空处理过程却并不产生“白点”；
　　2、为什么连铸轴承钢经过精良的真空处理设备处理，“白点”却比未经真空处理时多；
　　3、为什么在西部某钢厂连铸时产生“白点”，模注时几乎不见“白点”。
　　4、“白点”的成因究竟是什么?
　　5、“白点”为什么是白的?
　　电渣钢几乎不产生“白点”，这一事实说明：“氢”是产生“白点”主要原因这一假说应当受到质疑。同行一定承认真空精炼使氢达2ppm以下未使连铸钢“白点“问题变的轻松。
　　真空处理钢比非真空处理钢有更多“白点”这个事实对降低钢中氢是消除“白点”的主要方法提出质疑。
　　模注、电渣及连铸过程，在铸钢及随后的轧制过程中，其组织应力基本相同，为什么产生“白点”的概率不同，这样就可以质疑原子氢—组织应力假说。
　　“白点”有时与其它裂纹难以区分，所以有些单位就将一些细裂纹划入“白点“。这样长时间的混淆也许说明本来就不应当单独将“白点”从裂纹中分开，统称发裂即可。如果将“白点”看成是一种应力裂纹，围绕“白点”成因的一些问题就可以得到合适的解释。
　　可以这样认为：在一些情况下，钢中存在很大的应力，这些应力包括热应力、组织应力和加工应力。这些应力共同或单独作用，不同条件下起主导作用的应力可能不同。当应力达到一定限度时，以钢内部的一些薄弱区作为裂纹源形成裂纹。当钢中氢含量比较高的时候；氢向这些裂处扩散，当氢在位错移动区时，促进这些裂纹的发展。总之应力是这些裂纹或“白点”的动因。否则，我们无法解释那么容易扩散的氢何以形成向1400MPa压力区域扩散的驱动力。
　　冶金工作者在无真空精炼的模注时代，积累了很多处理类似于“白点”这类裂纹的经验。从浇注控制到钢锭和钢材尤其是大规格钢锭和钢材的保温，其主要目的之一就是使钢锭与钢坯钢材中的氢向外扩散，以减少形成“白点”的几率。如果从应力作用的思路去考虑问题，这些保温过程松驰应力，减少裂纹的功能是根本性的，是主要的。
　　顺理推论，只要钢中应力存在，各种去应力的保温措施就不能取消。电渣过程是一个缓慢的结晶过程，因此，结晶时形成的组织应力较小。该过程是非真空处理过程，人们普遍注意其后续工艺过程的保温措施，因而基本不会出现“白点“。模注时代，无真空精炼炉，人们认识到“白点”的危害，因此也普遍注意钢锭缓冷与退火。只要工艺把握得当，并无“白点”之忧。那个时代，西宁特钢的轴承钢几乎不出“白点”。有人将曾将西宁特钢不出“白点”的问题归结为西宁气压低，如果西宁的气压就可以消除“白点”，那真空设备的真空度为o．8倍大气压就可以了，这显然是不能成立的。
　　西宁钢厂的实践证明：没有真空，保温、缓冷工艺合理也可以生产出没有“白点“的轴承钢，只要做好缓冷、保温措施即可。
　　过去，人们对于热应力与组织应力给予了充分的注意，但是对加工应力考虑的比较少，而连铸技术出现以后，对连铸过程所出现的应力特点未给予充分注意。我国合金钢连铸从上世纪80年代中期展开，进展一直较缓慢，在很大程度上与钢的内裂有关，其中也包括类似“白点“裂纹。
　　由于连铸过程与电渣与模注过程相比浇注速度比较快，补缩不易，外表强制水冷，形成极致密的等轴晶区，而其中心内部较小的区域内是较疏松的较粗大的等轴晶区。这种致密与疏松的对比，也就造成较大的组织应力差。铸坯表面水冷下的低温和内部的高温也是造成内外相区差别的原因，从而造成组织应力差别，这种组织应力差别比模注也要大的多，与电渣过程相比差别更大。连铸与模注及电渣过程更大的不同在于校直应力。由于校直过程造成内弧拉应力状态与外弧的压应力状态。因较直机的作用所产生的一系列裂纹，在生产中已经有较多的注意。但是在没有裂纹时的应力状态没有给予应有观注。在一些工厂，从消除碳偏析出发，对连铸钢坯进行保温处理，有的达10小时以上，因此可以获得系统消除缺陷的结果，其中包括微裂纹及碳偏析。
合金钢中对“白点”比较敏感的元素是Cr、Mn、V等。这些元素都是第四周期与铁晶格尺寸相近的元素与Fe的半径相近，形成置换固溶体，合金元素周边的晶格发生畸变，产生短程应力区。通过这种畸变使钢的强度增加，也使塑性降低。因此Cr、Mn、Ni、v钢是“白点”敏感钢种，实际也是应力裂纹敏感钢种。当这些合金钢中有薄弱环节时，在各种应力的作用下，裂纹倾向变得显著。在连铸这些钢种，如轴承钢时，在校直应力，有时也有液芯压下的加工应力，使钢坯处于严重的应力不均匀状态。如果没缓冷等技术措施以松驰应力，那么在钢的薄弱区，如夹杂物或空滑及技晶间隙处，在拉应力作用下形成裂纹，这样的裂纹形貌同“白点”。回顾十几年合金钢尤其是轴承钢连铸的历史，尽管通过真空精炼已经将氢降至很低，但对保温、缓冷这些可以松驰应力的手段不重视，因而出现的裂纹更多了。出现这种情况的根本原因在于“白点“理论将因果颠倒所致。可以说，由于
　　对应力的不重视，使中国的合金钢连铸进展缓慢，早期进口的几台合金钢连铸设备几乎全部拆除。这些问题的产生是与基本概念模糊有关的。因为人们接受钢中氢高引起“白点”这样一个理论，认为只要降低钢中氢就会减少或消除“白点“，因此普遍重视真空设备的建设。在模注时代，由于真空炉外精炼的发展，夹杂物的减少，裂纹源自然减少，因而“白点“减少了。连铸出现后尽管钢液的纯净度在提高，但由于连铸时的加工应力大幅度增加与组织应力的增加，加之以为经过真空处理，保温、缓冷这些可以松驰应力的手段就可以忽视，因而出现的裂纹更多了。
　　关于“白点”至今人们仍有两个疑问即：“白点”为什么是“白”的。依本文作者之见解，所谓“白点”，是短程区域内在拉应力下的微小断口。对于引起晶格畸形强化的合金、含碳较高的低应变能力钢易于出现，当这种情况发生在钢的薄弱微区时即出现。　
　　至此，总结本文观点如下：
　　1、钢中“白点”是一种应力裂纹，是应力作用的微小断口，氢能促进这种断口的增多；
　　2、对于结晶过程缓慢的钢应力比较小，裂纹倾向也比较小；
　　3、传统的去氢缓冷、保温措施本质上是一种去应力措施，同时也达到去氢效果，所以可以消除“白点”；
　　4、连铸钢有许多类“白点”裂纹的原因是连铸坯具有更高的组织应力与加工应力。不管钢液中氢多低，只要没有钢锭与钢材的缓冷，这种缺陷必然出现，与是否经过严格的真空精炼过程无关；
　　5、现代特钢生产“四位一体”工艺中“白点”更敏感。对于大型钢材的生产，流程缓冷、保温措施不可以省略；
　　6、未经真空处理的钢，钢锭与钢材缓冷保温做好，不会出现“白点”。经过真空处理氢含量很低的钢，不注意缓冷与保温同样出“白点”。
　　正确的基础理论是正确的设备布置与工艺制订的基础。由于本文作者从金属物理到钢铁冶金跨专业的学习与特殊的实践环境，对上述问题有所思考，并向穆敬飞、逯登尧、董书通、李孟喜、王忠英、王金海等专家请教并进行了有益的讨论。
　　由于自己专业知识水平限制，观点错误在所难免。只要国内钢铁冶金尤其是特殊钢生产同行能够注意到应力的问题，注意使用缓冷、保温等工艺过程即是万幸了。

admin

合金钢中对“白点”比较敏感的元素是Cr、Mn、V等。这些元素都是第四周期与铁晶格尺寸相近的元素与Fe的半径相近，形成置换固溶体，合金元素周边的晶格发生畸变，产生短程应力区。通过这种畸变使钢的强度增加，也使塑性降低。因此Cr、Mn、Ni、v钢是“白点”敏感钢种，实际也是应力裂纹敏感钢种。当这些合金钢中有薄弱环节时，在各种应力的作用下，裂纹倾向变得显著。在连铸这些钢种，如轴承钢时，在校直应力，有时也有液芯压下的加工应力，使钢坯处于严重的应力不均匀状态。如果没缓冷等技术措施以松驰应力，那么在钢的薄弱区，如夹杂物或空滑及技晶间隙处，在拉应力作用下形成裂纹，这样的裂纹形貌同“白点”。回顾十几年合金钢尤其是轴承钢连铸的历史，尽管通过真空精炼已经将氢降至很低，但对保温、缓冷这些可以松驰应力的手段不重视，因而出现的裂纹更多了。出现这种情况的根本原因在于“白点“理论将因果颠倒所致。可以说，由于
　　对应力的不重视，使中国的合金钢连铸进展缓慢，早期进口的几台合金钢连铸设备几乎全部拆除。这些问题的产生是与基本概念模糊有关的。因为人们接受钢中氢高引起“白点”这样一个理论，认为只要降低钢中氢就会减少或消除“白点“，因此普遍重视真空设备的建设。在模注时代，由于真空炉外精炼的发展，夹杂物的减少，裂纹源自然减少，因而“白点“减少了。连铸出现后尽管钢液的纯净度在提高，但由于连铸时的加工应力大幅度增加与组织应力的增加，加之以为经过真空处理，保温、缓冷这些可以松驰应力的手段就可以忽视，因而出现的裂纹更多了。
　　关于“白点”至今人们仍有两个疑问即：“白点”为什么是“白”的。依本文作者之见解，所谓“白点”，是短程区域内在拉应力下的微小断口。对于引起晶格畸形强化的合金、含碳较高的低应变能力钢易于出现，当这种情况发生在钢的薄弱微区时即出现。　
　　至此，总结本文观点如下：
　　1、钢中“白点”是一种应力裂纹，是应力作用的微小断口，氢能促进这种断口的增多；
　　2、对于结晶过程缓慢的钢应力比较小，裂纹倾向也比较小；
　　3、传统的去氢缓冷、保温措施本质上是一种去应力措施，同时也达到去氢效果，所以可以消除“白点”；
　　4、连铸钢有许多类“白点”裂纹的原因是连铸坯具有更高的组织应力与加工应力。不管钢液中氢多低，只要没有钢锭与钢材的缓冷，这种缺陷必然出现，与是否经过严格的真空精炼过程无关；
　　5、现代特钢生产“四位一体”工艺中“白点”更敏感。对于大型钢材的生产，流程缓冷、保温措施不可以省略；
　　6、未经真空处理的钢，钢锭与钢材缓冷保温做好，不会出现“白点”。经过真空处理氢含量很低的钢，不注意缓冷与保温同样出“白点”。
　　正确的基础理论是正确的设备布置与工艺制订的基础。由于本文作者从金属物理到钢铁冶金跨专业的学习与特殊的实践环境，对上述问题有所思考，并向穆敬飞、逯登尧、董书通、李孟喜、王忠英、王金海等专家请教并进行了有益的讨论。
　　由于自己专业知识水平限制，观点错误在所难免。只要国内钢铁冶金尤其是特殊钢生产同行能够注意到应力的问题，注意使用缓冷、保温等工艺过程即是万幸了。

hcxz2002

将白点理解为裂纹，是一种比较新的思维。不过感觉新思维中有些因素没有考虑到：
1.合金钢中对“白点”比较敏感的元素是Cr、Mn、V等。这些元素都是第四周期与铁晶格尺寸相近的元素与Fe的半径相近，形成置换固溶体，合金元素周边的晶格发生畸变，而畸变应该较小才是！是否在形成置换固溶体的过程中，引入了间隙固溶体如氢？
2.一般来说，拉应力有助于原子的扩散，而压应力则减缓原子的扩散（在铸造圆锭时，一般是中心压应力，外面拉应力），冷却较厉害的时候，外部拉应力叫高，氢扩散在一起，成为白点也是有滴。（当然还有一种理论，是我现在突发灵感想到的，就是铸锭内部的压应力区受到后面热处理的影响，压应力消除，导致以前“冻结”的氢聚集成白点！）故以前的“白点”只说有没有本末倒置值得探讨。
3.没有时间说了！～～

探伤工

谢谢，学习了。