劉鐵山 宋亞虎 郭亞森 孫勝偉 周維興 劉秋堂

(中信重工機(jī)械股份有限公司計(jì)量檢測(cè)中心，河南471039)

我公司用材質(zhì)28NiCrMoV8-5的125 t鋼錠生產(chǎn)185 MN油壓機(jī)上的缸體鍛件。為了解和掌握大型鋼錠及鍛件內(nèi)部的冶金質(zhì)量及鍛造工藝的執(zhí)行情況，同時(shí)為以后生產(chǎn)更大等級(jí)的鋼錠和鍛件積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，特將185 MN油壓機(jī)缸體鍛件中間沖脫部分進(jìn)行解剖，分別進(jìn)行低倍試驗(yàn)、化學(xué)成分分析、夾雜物檢驗(yàn)、金相組織分析。

1 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

1.1 冶煉及澆注

使用30 t電爐和80 t電爐進(jìn)行初煉鋼水共132 t，合成一包，用150 t鋼包精煉爐盛裝，分別進(jìn)行精煉處理和真空碳脫氧處理，最后通過80 t中間包進(jìn)行真空澆注，鋼水成分的技術(shù)要求如表1所示。

1.2 鍛造及鍛后熱處理

鋼錠經(jīng)過84 MN水壓機(jī)鍛造，首先進(jìn)行鐓粗H=1 730 mm，?2 650 mm，用1 500 mm寬砧進(jìn)行WHF法拔方口1 660 mm×L，參數(shù)見表2。滾圓?1 740 mm×L，下料?1 740 mm×3 650 mm，鐓粗H=1 800 mm，?2460 mm，沖孔?800 mm，最后把沖脫部分進(jìn)行正火(空冷)處理。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition(mass fraction, %)

表2 WHF法拔方口參數(shù)Table 2 Technological parameter by WHF

2 解剖試驗(yàn)

2.1 低倍試驗(yàn)

在鍛件圓柱形的沖脫部分自直徑處用刨床取下長(zhǎng)×寬×厚為2 200 mm×460 mm×20 mm的完整大鋼板，然后將其分割成8塊低倍試片。我們把這8塊低倍試片分別進(jìn)行磨削，使表面粗糙度Ra達(dá)到0.8 μm～1.25 μm(光潔度▽7)，然后進(jìn)行熱酸洗。熱酸洗之后用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行照相，最后在電腦上對(duì)圖片進(jìn)行拼接，拼接圖片如圖1所示。試片上端是冒口端，下端是水口端。熱酸洗后的試片腐蝕的深淺不一，但未對(duì)觀察造成影響，經(jīng)過以上程序后，可以觀察得到如下結(jié)果：

(1)在低倍試片上，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的夾雜、縮孔、白點(diǎn)、裂紋等不允許存在的缺陷。

(2)鍛造后，沖脫部分上端仍保留鋼錠中冒口端V型偏析帶。

圖1 低倍試片整體拼接圖Figure 1 Whole splicing diagram of test piece for macrography

(3)沖脫部分下端有樹枝晶存在，并伴隨有一般疏松。

(4)沖脫部分未發(fā)現(xiàn)柱狀晶，大都為等軸晶。

2.2 化學(xué)成分

我們從沖脫的鍛件中選定了91個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行各種化學(xué)成分分析。這91個(gè)點(diǎn)遍布從中心到邊緣，從水口端到冒口端的各個(gè)部位，各點(diǎn)位置及編號(hào)見圖2所示。分析結(jié)果見表3～表9。

根據(jù)分析結(jié)果，我們可以得出如下結(jié)論：

(1)各種元素在鋼錠冒口端(上部)含量均較水口端(下部)要高。且大多數(shù)元素的含量在E行附近處達(dá)到峰值。

(2)整體偏析嚴(yán)重的元素有C和S；小區(qū)域局部偏析嚴(yán)重的元素有Cr、Ni和P；基本不偏析的元素有Mo和V。

圖2 取樣位置及其編號(hào)Figure 2 Sampling location and number

表3 C元素在整個(gè)截面上的分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Distribution of C content(mass fraction, %)

表4 S元素在整個(gè)截面上的分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 Distribution of S content(mass fraction, %)

表5 P元素在整個(gè)截面上的分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 5 Distribution of P content(mass fraction, %)

表6 Cr元素在整個(gè)截面上的分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 6 Distribution of Cr content(mass fraction, %)

表7 Ni元素在整個(gè)截面上的分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 7 Distribution of Ni content(mass fraction, %)

2.3 非金屬夾雜物

將所取的91個(gè)試樣制備后，在100倍的金相顯微鏡下進(jìn)行觀察，了解夾雜物的分布情況并進(jìn)行定性、定量分析。過去有不少軸類和其他大型鍛件的毛坯粗探傷時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量的夾雜物超標(biāo)，造成鍛件不合格報(bào)廢，因此，我們對(duì)缸體鍛件沖脫部分的夾雜分布及其性質(zhì)進(jìn)行全面細(xì)致的分析。

表8 Mo元素在整個(gè)截面上的分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 8 Distribution of Mo content(mass fraction, %)

表9 V元素在整個(gè)截面上的分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 9 Distribution of V content(mass fraction, %)

我們首先對(duì)每個(gè)試樣上的夾雜物進(jìn)行定性、定量分析，然后按照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定-標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果見表10。通過評(píng)級(jí)，我們可以歸納得出如下結(jié)論：

(1)鋼錠中的非金屬夾雜物的類型主要有：A類(硫化物類)、B類(氧化物鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D類(球狀氧化物類)。

(2)鋼錠中某些部位有個(gè)別大的脆性夾雜物，其中最大的氧化物類夾雜物評(píng)2.5級(jí)，其它脆性夾雜物尺寸較小評(píng)0.5級(jí)，有少量的硅酸鹽類夾雜物，硫化物類夾雜較少。

(3)氧化物類非金屬夾雜物主要集中在上部冒口部分，硅酸鹽類不變形夾雜物主要在鋼錠的下部水口部分。

2.4 金相組織

為了了解鍛件內(nèi)部顯微組織情況，我們將制備好的試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在100倍下進(jìn)行觀察。觀察發(fā)現(xiàn)：組織為F+P，晶粒細(xì)小，中心區(qū)域組織相對(duì)均勻，沖脫鍛件邊緣有帶狀偏析。典型照片見圖3。

表10 部分縱截面上夾雜物的評(píng)級(jí)結(jié)果Table 10 Inclusion evaluating results

圖3 金相照片F(xiàn)igure 3 Microstructure photography

3 結(jié)論

通過對(duì)解剖試樣進(jìn)行低倍試驗(yàn)、化學(xué)成分分析、夾雜物檢驗(yàn)和金相組織分析等試驗(yàn)方法，初步得出以下結(jié)論。

(1)整體偏析嚴(yán)重的元素有C和S；局部偏析嚴(yán)重的元素有Ni、Cr和P；基本不偏析的元素有Mo和V。

(2)鍛件內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的夾雜、縮孔、白點(diǎn)、裂紋等不允許存在的缺陷。但一些偏析帶在鍛件中的某些部位仍然存在。

(3)鍛件內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，夾雜物細(xì)小而分散。

以上結(jié)論說明，該125 t大型鋼錠的冶金質(zhì)量?jī)?yōu)良，鍛造工藝合理，它為制造出高質(zhì)量的185 MN油壓機(jī)缸體打下了良好的基礎(chǔ)。上述結(jié)論也說明了采用“EBT 初煉—LF精煉—VCD處理—VC真空澆注”的工藝方案可以生產(chǎn)出冶金質(zhì)量?jī)?yōu)良的大型鋼錠，這也為185 MN油壓機(jī)生產(chǎn)出高質(zhì)量的鍛件奠定了基礎(chǔ)。

[1] 徐彥和.大型鋼錠及鍛件的解剖.大型鑄鍛件，1982.