(中天钢铁集团有限公司，常州 213011)

发纹是呈线状分布的细小裂纹，属于钢材的一种宏观缺陷，一般采用塔形车削试样经酸浸或磁粉探伤进行检验。发纹缺陷的存在对产品性能具有一定危害性，尤其是对力学性能要求较高的工程机械用钢影响尤其明显，因此工程机械常用的中低碳高锰钢对发纹的数量、长度、分布位置都有严格的检验要求。发纹缺陷的产生原因比较复杂，一般认为发纹是在锻轧加工后钢材内部存在的与轧制延伸方向平行的条状宏观非金属夹杂物所致。

部分工程机械用中低碳高锰钢按照GB/T 15711-2018《钢中非金属夹杂物的检验 塔形发纹酸浸法》进行塔形低倍酸浸检验时发现试样经常存在疑似发纹现象，此类“发纹”出现的频率较高，但大多只存在1～2条，其长度经常大于30 mm，部分试样的疑似发纹甚至贯穿整个台阶(塔形试样的一个台阶长度为50 mm)。这些疑似发纹有别于传统意义上的发纹缺陷，给该类钢种的正常生产及新品开发带来了困扰。为此，笔者通过酸浸检验、磁粉探伤、金相检验等方法对疑似发纹问题进行了具体的研究分析，以便查找出其形成原因及解决方法。

1 试验方案

周勇、马建超等[1-2]研究认为某些发纹缺陷的产生可能与钢中存在带状组织偏析线等因素有关。为了验证该疑似发纹是否也与带状组织偏析线有关，选取35MnB，37Mn5，SA-210C钢棒材进行验证，试验方案设计如下。

(1) 方案一：选取一批规格为φ68 mm的35MnB钢塔形试样，首先按照GB/T 10121-2008《钢材塔形发纹磁粉检验方法》进行磁粉探伤，然后按照GB/T 15711-2018进行低倍酸浸检验，如有疑似发纹产生，则对疑似发纹处进行金相检验等分析。

(2) 方案二：取规格为φ50 mm的37Mn5钢棒材，从中截取两个试样，一个直接加工成塔形试样(编号为1)，另一个经调质处理(淬火+回火)后再加工成同样的塔形试样(编号为2)，然后对两个塔形试样同时进行低倍酸浸检验，根据酸浸情况对两个试样进行金相检验等分析。

(3) 方案三：从37Mn5，SA-210C，35MnB钢棒材上截取试样，对试样纵剖面进行带状组织检验，再对带状组织较为明显的试样进行低倍酸浸检验。

2 试验结果

2.1 方案一

35MnB钢塔形试样经磁粉探伤后，所有试样台阶表面均没有发现发纹缺陷，见图1。对该批经磁粉探伤过的试样再进行低倍酸浸检验，发现部分试样第一台阶处表面有明显的长条细线状条纹(疑似发纹)，其中一个试样的条纹贯穿整个台阶。使用体视显微镜及扫描电镜(SEM)对贯穿条纹进行观察，其内部无异常物质，底部清晰可见，说明该疑似发纹非常浅，见图2和图3。对该试样再次进行磁粉探伤，仍没有发现试样表面存在发纹缺陷，说明酸浸检验发现的发纹达不到磁粉探伤所要求的深宽比，见图4。截取试样发纹处经磨抛后进行金相检验，发现该疑似发纹纵向存在一条明显的珠光体条带，且珠光体条带内分布着细小的硫化物夹杂，见图5。

图1 磁粉探伤后35MnB钢塔形试样宏观形貌Fig.1 Macro morphology of tower sample of 35MnB steel after magnetic particle inspection

图2 酸浸后35MnB钢塔形试样形貌Fig.2 Morphology of tower sample of 35MnB steel after etching: a)macro morphology; b) magnified morphology of suspected hairline

图3 35MnB钢疑似发纹处的SEM形貌Fig.3 SEM morphology of suspected hairline of 35MnB steel: a) at low magnification; b) at high magnification

图4 二次磁粉探伤后35MnB钢塔形试样宏观形貌Fig.4 Macro morphology of tower sample of 35MnB steel after secondary magnetic particle inspection

图5 35MnB钢塔形试样疑似发纹处显微组织形貌Fig.5 Microstructure morphology near suspected hairline of tower sample of 35MnB steel: a) at low magnification; b) at high magnification

2.2 方案二

37Mn5钢1号试样经酸浸后在第二台阶表面出现一条疑似发纹，长度约为30 mm，深度较浅，对发纹处进行金相检验发现沿试样纵向存在一条非常明显的珠光体条带，见图6和图7。2号试样经酸浸后在3个台阶表面均未发现疑似发纹，其宏观形貌见图8。对2号试样进行金相检验发现其显微组织为回火索氏体+少量网状铁素体，珠光体条带组织已不明显，见图9。

图6 酸浸后37Mn5钢1号试样形貌Fig.6 Morphology of sample 1 of 37Mn5 steel after etching: a)low multiple morphology; b) magnified morphology of suspected hairline

图7 37Mn5钢1号试样疑似发纹处显微组织形貌Fig.7 Microstructure morphology near suspected hairline of sample 1 of 37Mn5 steel

图8 酸浸后37Mn5钢2号试样宏观形貌Fig.8 Macro morphology of sample 2 of 37Mn5 steel after etching

图9 37Mn5钢2号试样显微组织形貌Fig.9 Microstructure morphology of sample 2 of 37Mn5 steel

2.3 方案三

带状组织检验发现37Mn5，SA-210C，35MnB钢试样的纵剖面均有明显的珠光体条带，并且在35MnB钢的珠光体条带中存在细小的硫化物夹杂。对这些存在明显珠光体条带的试样进行低倍酸浸检验，可见其纵剖面上均存在大量线状条纹即疑似发纹。然后将酸浸后的试样纵剖面磨抛后进行金相检验，可见酸浸发现的线状条纹基本都分布在珠光体条带内，见图10～15。

图10 酸浸后37Mn5钢表面形貌Fig.10 Morphology of 37Mn5 steel surface after etching: a)low multiple morphology; b) magnified morphology of suspected hairlines

图11 37Mn5钢显微组织形貌Fig.11 Microstructure morphology of 37Mn5 steel: a) before etching; b) after etching

图12 酸浸后SA-210C钢表面形貌Fig.12 Morphology of SA-210C steel surface after etching: a) low multiple morphology; b) magnified morphology of suspected hairlines

图13 SA-210C钢显微组织形貌Fig.13 Microstructure morphology of SA-210C steel: a) before etching; b) after etching

图14 酸浸后35MnB钢表面形貌Fig.14 Morphology of 35MnB steel surface after etching: a)low multiple morphology; b) magnified morphology of suspected hairlines

图15 35MnB钢显微组织形貌Fig.15 Microstructure morphology of 35MnB steel: a) low multiple morphology before etching; b) high multiple morphology before etching; c) after etching

3 分析与讨论

在方案一试验中，35MnB钢塔形试样经磁粉探伤后未发现发纹缺陷，但对其进行低倍酸浸检验时，部分试样表面出现了明显的疑似发纹，说明磁粉探伤和酸浸法会出现不同的检验结果。对疑似发纹区域进一步放大，可观察到其深度极浅，内部无异常物质存在，说明酸浸检验发现的“发纹”有别于传统意义上具有一定深度近似于裂纹的发纹缺陷，可能是由于偏析线产生的线状浅裂纹。金相检验发现沿疑似发纹方向存在一条非常明显的珠光体条带，且个别珠光体条带内分布着细小的硫化物夹杂，证明酸浸发现的疑似发纹与珠光体条带有关。

在方案二试验中，37Mn5钢1号试样在第二台阶表面存在一条疑似发纹，且沿发纹方向存在一条非常明显的珠光体条带；调质处理后的2号试样酸浸后未发现疑似发纹，其组织为回火索氏体+少量网状铁素体，珠光体条带组织已不明显。这说明热轧态37Mn5钢酸浸发现的疑似发纹与珠光体条带组织有关，而经过调质处理后的钢中不存在珠光体条带，则不容易出现此类疑似发纹。

在方案三试验中，存在明显珠光体条带的37Mn5，SA-210C，35MnB钢试样酸浸后出现大量疑似发纹的线状浅裂纹，该裂纹基本都分布在珠光体条带内。这也可以说明珠光体条带(带状组织)经过酸浸是会产生疑似发纹的。

综上所述，部分中低碳高锰钢出现疑似发纹缺陷的原因为：对于一些存在严重带状组织的中低碳高锰钢，如35MnB，40Mn2，15B36Cr，SCr440B，37Mn5，SA-210C等，在试样车削加工后部分珠光体条带暴露在塔形台阶表面，这些珠光体条带不耐腐蚀，酸浸时会产生浅的线条状腐蚀坑，肉眼观察就很容易误认为是发纹缺陷。珠光体组织并非单一相，而是铁素体层和渗碳体层交替叠压的复相，酸浸条件下不同相之间形成微电池反应，相对于单一的铁素体相更不耐腐蚀。如果珠光体条带中含有细小硫化物等夹杂物，在酸浸过程中还会形成另一种微电池反应，进一步加剧珠光体条带的腐蚀速率和程度，使“发纹”更加明显或严重[3-5]。所以部分中低碳高锰钢在酸浸时发现的疑似发纹实则为珠光体条带在酸浸条件下产生的线条状腐蚀痕迹(即带状组织偏析线)，其有别于“发纹缺陷为钢中宏观夹杂物在加工变形过程中沿锻轧方向延伸所形成的冶金缺陷”的传统定义，而珠光体条带中含有的细小硫化物等夹杂也为微观意义上的夹杂物，并非发纹定义中肉眼可见的“钢中宏观夹杂物”。

在GB/T 15711-2018中对发纹一词的定义为“钢中宏观夹杂物在加工变形过程中沿锻轧方向被延伸所形成的条纹”，而GB/T 10121-2008中未对该词进行定义。通俗地说，发纹应理解为一种具有一定深度的由宏观非金属夹杂物导致的细小裂纹。钢材加工表面的发纹有两种存在形式：一是开口发纹，用肉眼可以观察到，其具有一定的深度，长度为几毫米至十几毫米；二是非开口发纹，肉眼难以分辨和发现。当对钢材加工表面进行酸蚀后，开口发纹会加宽，非开口发纹也会显露出来，但同时酸蚀也会将较为严重的偏析线，如带状组织等显现出来，这时对于酸蚀显现的线状缺陷的判定尤为重要。而在GB/T 15711-2018中仅有“发纹是非金属夹杂物条纹，要与酸浸后的偏析线或疏松条带区分开”的表述，但具体怎么区分却没有明确规定，各企业掌握的尺度不同，非常容易将偏析线判定为发纹缺陷从而造成误判。当通过磁粉探伤仪对钢材加工表面进行探测时，开口发纹与非开口发纹均可以观察到磁粉集聚现象，而偏析线类缺陷则不会出现磁粉集聚现象。所以目前航空工业等对发纹缺陷检验要求较高的行业，均采用磁粉探伤来检测发纹缺陷。

4 结论

部分中低碳高锰钢酸浸检验发现的疑似发纹实为钢材中存在的带状组织(珠光体条带)在酸浸条件下产生的线条状腐蚀痕迹，并非真正意义上的发纹缺陷。采用磁粉探伤来进行检测可有效防止误判。