常春青 張 蕓

(太原重工大鍛件分公司， 山西 030024)

20MnMo管板鍛件是餅類鍛件的一種，其鍛造工藝主要以鐓粗為主，質(zhì)量要求很高，工藝不當(dāng)就會造成超聲檢測報廢。通過對報廢管板鍛件解剖發(fā)現(xiàn)，報廢主要原因是密集型缺陷超標(biāo)且缺陷沿著鍛造方向分布，而且還存在環(huán)形缺陷，但垂直鍛造方向沒有超標(biāo)缺陷存在。由于20MnMo中最主要的非金屬夾雜物為硫化物、硅鋁酸鹽類以及少量的氧化物夾雜[1]，這就造成在管板鍛造過程中，金屬夾雜物附近極易產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致報廢。本文通過改進(jìn)原鍛造工藝來控制夾雜物的外貌和減少夾雜性裂紋，從而提高20MnMo管板鍛件的質(zhì)量。

1 原鍛造工藝

管板的粗加工尺寸為?1 780 mm×475 mm，鍛件尺寸為?1 830 mm×525 mm。鍛造原工藝為：第一火：鋼錠壓把、倒棱、錯底；第二火： 鋼錠鐓粗、FM法拔長；第三火：坯料預(yù)鐓粗壓下量為60%、旋轉(zhuǎn)進(jìn)砧法雙面碾壓到鍛件尺寸、修正。

2 鍛件缺陷分析

為了準(zhǔn)確地分析造成20MnMo管板鍛件嚴(yán)重缺陷的原因，選取一件報廢管板，在缺陷嚴(yán)重部位鋸取一塊尺寸大約為200 mm×120 mm×100 mm的試樣進(jìn)行低倍和金相分析。

2.1 低倍檢驗(yàn)結(jié)果

低倍照片顯示垂直主變形方向的缺陷較少，僅僅存在小尺寸的孔洞，主變形方向帶狀偏析嚴(yán)重。由此可見，造成鍛件報廢的主要缺陷為帶狀偏析缺陷，并且?guī)钇鼋M織內(nèi)分布有較多條帶狀夾雜物，如圖1所示。

2.2 金相分析

從主變形方向局部缺陷高倍金相照片可以看出，管板在鍛壓變形過程后，主變形方向中的條形夾雜物呈現(xiàn)暗灰色，見圖2。這說明這些條狀夾雜物為A型硫化物夾雜，而且大多為MnS塑性夾雜物，掃描結(jié)果及其能譜分析結(jié)果如圖3所示。此外，管板鍛件中依然存在少量的Al、Mg、Ca的復(fù)合氧化物硬質(zhì)脆性夾雜，這類夾雜物以小顆粒孤立分布，等效直徑約在100 μm內(nèi)，如圖4所示。

圖2 主變形方向局部缺陷高倍金相照片F(xiàn)igure 2 Microstructure structure of local defect in main deformation direction

由上述分析可知，管板鍛件超聲檢測超標(biāo)的主要原因?yàn)殄懠?nèi)部存在MnS等夾雜性裂紋。造成這種情況的原因?yàn)轱烆愬懠阽叴诌^程中，塑性夾雜尤其是鍛件心部的塑性夾雜，逐漸由球狀、橢球狀變?yōu)槠瑺?，鐓粗比越大，則夾雜物成為片狀的可能性越大。這種片狀夾雜物在一定的力學(xué)條件下，產(chǎn)生微觀乃至宏觀裂紋[2、3]。

3 改進(jìn)后新工藝

為了有效阻止夾雜物進(jìn)入鍛件。在鋼錠裝爐前上錠身鋸去冒口。

圖3 管板鍛件條形夾雜物掃描與能譜成分分析Figure 3 Strip inclusion scanning and energy spectrum analysis of tube plate forging

圖4 管板鍛件顆粒狀夾雜物掃描與能譜成分分析Figure 4 Granular inclusions scanning and energy spectrum analysis of tube plate forging

(1)第一火：鋼錠壓圓，底部端上錠身壓把。水口端壓把，保證了水口端的切除量。壓圓是由于我廠使用的鋼錠為短粗型鋼錠，壓圓到一定高徑比后增加了鐓粗鍛比，同時減少了鍛造過程中的表面開裂，提高鍛件的表面質(zhì)量。

(2)第二火：鐓粗、拔長、下料。有關(guān)資料顯示高徑比H/D在0.6～2.0之間的鋼錠，當(dāng)鐓粗變形量為50%時內(nèi)部微夾雜性裂紋開始聚合?？紤]到后續(xù)變形對鍛件心部夾雜延展的進(jìn)一步作用，鋼錠的預(yù)鐓粗變形量應(yīng)控制在40%左右為宜。同時采用FM法拔長，壓實(shí)鋼錠的空洞，消除疏松性缺陷。

(3)第三火：坯料鐓粗、碾壓成形。坯料鐓粗變形量控制在40%左右，同時采用上錐面鐓粗板雙面進(jìn)行鐓粗。改變鐓粗時的難變形區(qū)，控制夾雜物的進(jìn)一步富集。采用旋轉(zhuǎn)碾壓法碾壓成形，在控制鍛件內(nèi)部的夾雜物形貌并控制夾雜性裂紋方面旋轉(zhuǎn)進(jìn)砧法為優(yōu)選的大型餅類鍛件工藝方案[4]。同時提高始鍛溫度，降低終端溫度，控制晶粒度。

4 結(jié)論

(1)傳統(tǒng)的鍛造工藝僅考慮打碎鋼錠的鑄態(tài)組織，消除孔洞性缺陷，在控制夾雜物的外貌和減少夾雜性裂紋方面考慮較少，導(dǎo)致管板的報廢率高。

(2)通過控制鋼錠水口、冒口端夾雜進(jìn)入鍛件，控制鐓粗變形比，采用上錐面鐓粗板雙面進(jìn)行坯料鐓粗，采用旋轉(zhuǎn)進(jìn)砧法，提高始鍛溫度，降低終端溫度等措施有效地解決了此類鍛造缺陷。采用新鍛造工藝，合格率提高到98%。

[1] 倪利勇，王傲冰.大型餅類鍛件鍛造工藝研究綜述[J].大型鑄鍛件，2007(6):44-46.

[2] 韓靜濤.大型餅類鍛件夾雜性裂紋形成機(jī)理及控制鍛造工藝[J].北京：清華大學(xué)博士學(xué)位論文，1995.

[3] 韓靜濤，許樹森，陳剛.大型鍛件的夾雜性裂紋與控制鍛造工藝[J].鋼鐵，1997，32(3)：33-39.

[4] 韓靜濤.控制大型餅類鍛件夾雜性缺陷的鐓粗成形工藝研究. 大型鑄鍛件，2007(1).