摘要：材質(zhì)為25Cr2Ni4MoV的輪盤鍛件，在進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)缺陷，導(dǎo)致鍛件報(bào)廢。本文通過低倍、高倍，以及宏觀斷口等試驗(yàn)分析，對該輪盤鍛件超聲波探傷缺陷性質(zhì)進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，該25Cr2Ni4MoV輪盤鍛件超聲波探傷缺陷性質(zhì)為白點(diǎn)裂紋。

關(guān)鍵詞：25Cr2Ni4MoV 輪盤 白點(diǎn)裂紋 鋸齒狀裂紋

材質(zhì)為25Cr2Ni4MoV的輪盤鍛件，其生產(chǎn)制造工序?yàn)椋轰摪珶挕懺斐尚汀懞笳鼗馃崽幚恚ㄕ饻囟?00℃）→粗加工→超聲波探傷檢驗(yàn)→調(diào)質(zhì)熱處理→取試?yán)砘瘷z驗(yàn)→精加工→二次超聲波探傷檢驗(yàn)→磁粉探傷檢驗(yàn)。在粗加工后進(jìn)行的超聲波探傷檢驗(yàn)時(shí)，在鍛件內(nèi)部發(fā)現(xiàn)連續(xù)性的密集缺陷，缺陷嚴(yán)重超標(biāo)，鍛件依然進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，在精加工后再次超聲波探傷檢驗(yàn)時(shí)，在鍛件內(nèi)部仍然發(fā)現(xiàn)連續(xù)性的密集缺陷，因此導(dǎo)致鍛件報(bào)廢。本文在該輪盤鍛件缺陷密集性部位套取試棒三根（直徑為Φ30mm），通過低倍、高倍以及宏觀斷口試驗(yàn)，對該輪盤鍛件超聲波探傷缺陷性質(zhì)進(jìn)行分析。

1.試驗(yàn)方法

將3根試棒磨光后，用50%鹽酸水溶液熱酸腐蝕，進(jìn)行低倍酸洗試驗(yàn)，檢查輪盤鍛件的缺陷宏觀形態(tài)以及輪盤鍛件的宏觀低倍組織形貌；在經(jīng)低倍酸洗后的試棒缺陷處切取高倍試樣，磨制后在光學(xué)金相顯微鏡下觀察分析缺陷微觀形態(tài)，對輪盤鍛件的顯微組織、晶粒度級別、非金屬夾雜物級別分別進(jìn)行評定，對缺陷與組織的關(guān)系進(jìn)行分析評定；在剩余試棒的缺陷處開槽在260℃保溫3小時(shí)后熱打斷口，觀察該輪盤鍛件宏觀斷口形貌。

2.檢驗(yàn)結(jié)果

2.1低倍檢驗(yàn)結(jié)果

3根試棒經(jīng)磨光后，用50%鹽酸水溶液熱酸腐蝕后檢查，3件試棒上均無明顯的疏松孔洞，未見明顯的偏析，未見明顯的非金屬夾渣等缺陷，但每件試棒上均發(fā)現(xiàn)有沿試棒圓周的長短不一的橫向裂紋，裂紋最長約20mm。該輪盤鍛件試棒的宏觀低倍組織形貌見圖1～2。

2.2宏觀斷口形貌檢驗(yàn)結(jié)果

在3件試棒缺陷處的背面開槽，并在260℃保溫3小時(shí)，及時(shí)從熱處理爐中取出，在落錘斷口試驗(yàn)機(jī)上熱打斷口，試棒的宏觀斷口形貌見圖3，斷口上發(fā)現(xiàn)有呈橢圓形的的粗結(jié)晶狀斑點(diǎn)，如圖中箭頭所指，由于該斑點(diǎn)區(qū)接近于裂紋斷面，在經(jīng)260℃加熱保溫后，斑點(diǎn)區(qū)顏色為呈氧化色（金黃色），斷口面其余區(qū)域（正常區(qū)）為呈淺灰色的纖維狀形貌。

2.3高倍檢驗(yàn)結(jié)果

在試棒缺陷處切取的高倍試樣，磨制其試棒軸向面，未經(jīng)腐蝕在光學(xué)金相顯微鏡下觀察，裂紋微觀形態(tài)見圖4，裂紋首尾相連，斷續(xù)相交，并相交成一定角度（約120°），呈鋸齒狀形貌，裂紋內(nèi)及附近均未見非金屬夾雜物；該輪盤鍛件的非金屬夾雜物級別按GB/T 10561-2005標(biāo)準(zhǔn)評定，硫化物類、氧化鋁類、硅酸鹽類、球狀氧化物類、單顆粒球狀氧化物類等各類非金屬夾雜物均未超過1.5級；經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后在光學(xué)金相顯微鏡下觀察，該輪盤鍛件顯微組織為調(diào)質(zhì)熱處理后的正常組織，即回火索氏體組織，裂紋附近未見氧化脫碳現(xiàn)象，也未見塑性變形痕跡；經(jīng)飽和苦味酸水溶液腐蝕后在光學(xué)金相顯微鏡下觀察，材料的晶粒度按GB/T 6394-2002標(biāo)準(zhǔn)評定為5.0級，裂紋既有穿晶形態(tài)，也有沿晶形態(tài)，裂紋穿過現(xiàn)有晶界，即裂紋兩側(cè)晶界一致，見圖5。

3.分析

3.1低倍檢驗(yàn)證實(shí)，試棒上存在數(shù)條裂紋，長度約20mm，這些裂紋在進(jìn)行超聲波探傷時(shí)必然引起缺陷波的反射，這就是說，該25Cr2Ni4MoV輪盤鍛件超聲波探傷超標(biāo)缺陷就是鍛件中的裂紋。

3.2在我國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB7232-87金屬熱處理工藝術(shù)語》中有明確地規(guī)定：白點(diǎn)裂紋是鋼中因氫的析出而引起的一種缺陷，在縱向斷口上，它呈現(xiàn)接近圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)。從該輪盤鍛件的裂紋微觀形態(tài)來看，裂紋首尾相連，相交成一定角度，呈鋸齒狀，這是白點(diǎn)裂紋微觀形態(tài)的典型特征；從宏觀斷口形貌來看，斷口中有橢圓形的呈粗結(jié)晶狀斑點(diǎn)，由于斑點(diǎn)接近裂紋斷面，顏色上呈金屬氧化色，但仍可以肯定，斷口形態(tài)具有白點(diǎn)斷口的特征。上述事實(shí)就可以證明，該25Cr2Ni4MoV輪盤鍛件超聲波探傷超標(biāo)缺陷性質(zhì)為白點(diǎn)裂紋。

3.3據(jù)有關(guān)資料介紹[1-7]，白點(diǎn)是由于鋼中氫和組織應(yīng)力熱應(yīng)力共同作用的結(jié)果，這里的組織應(yīng)力不僅指奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體形成的內(nèi)應(yīng)力，還包括奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w形成的內(nèi)應(yīng)力。因此，不僅鍛后空冷至300℃以下易產(chǎn)生白點(diǎn)，空冷至300℃以上，600℃以下也很可能產(chǎn)生白點(diǎn)。氫氣和組織應(yīng)力產(chǎn)生白點(diǎn)的原理大致如下：1）鋼中含有氫時(shí)，使鋼的塑性降低。當(dāng)含氫量達(dá)到某數(shù)值時(shí)，塑性急劇地下降，造成氫脆現(xiàn)象。尤其當(dāng)鋼內(nèi)長時(shí)間存在應(yīng)力的情況下，氫可以擴(kuò)散到應(yīng)力集中區(qū)（間隙溶解的氫原子有集中到承受張應(yīng)力的晶格中去的傾向），并使其塑性下降到幾乎等于零。在應(yīng)力足夠大時(shí)就產(chǎn)生脆性破斷；2）煉鋼時(shí)鋼液中吸收的氫，在鋼錠凝固時(shí)因溶解度減少而析出。它來不及逸出鋼錠表面而存在于鋼錠內(nèi)部空隙處。壓力加工之前加熱時(shí)，氫又溶于鋼中，壓力加工后的冷卻過程中由于奧氏體分解和溫度降低，氫在鋼中溶解度減少，氫原子從固溶體中析出到鋼坯內(nèi)部的一些顯微空隙處。氫原子在這里將結(jié)合成分子狀態(tài)，并產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力（當(dāng)鋼中含氫量為0.001%，溫度為400℃時(shí)，這種壓力可高達(dá)1200MPa以上）。另外，氫與鋼中的碳反應(yīng)形成甲烷（CH4），也造成很大的分子壓力；3）鋼坯在冷卻過程中因相變而造成的組織應(yīng)力在一定條件下可達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值（樹枝狀偏析愈嚴(yán)重、冷卻速度愈快、淬透性愈好的鋼，組織應(yīng)力就愈大）。因此，鋼氫脆失去了塑性，在組織應(yīng)力及氫析出所造成的內(nèi)應(yīng)力的共同作用下，使鋼發(fā)生了脆性破裂，這就形成了白點(diǎn)。壓力加工過程中不均勻變形經(jīng)起的附加應(yīng)力和冷卻時(shí)的熱應(yīng)力對白點(diǎn)形成也有一定影響。

3.4從圖5可知，裂紋兩側(cè)晶界一致，裂紋穿過現(xiàn)有晶界，即現(xiàn)有晶界形成在前，裂紋形成在后，而現(xiàn)有晶界是正火熱處理加熱時(shí)重結(jié)晶的形成的晶界，這就是說，白點(diǎn)裂紋是在正火熱處理加熱完成之后形成的，即正火之后冷卻過程中組織應(yīng)力的作用下產(chǎn)生的。產(chǎn)生白點(diǎn)裂紋的原因，可能認(rèn)為該輪盤鍛件用鋼是經(jīng)過鋼包爐精煉的，因此正火的加熱、保溫和冷卻沒有考慮到應(yīng)該有去氫效果，如此在正火冷卻時(shí)鍛件內(nèi)氫的聚集應(yīng)力和冷卻組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力的作用，就產(chǎn)生了上述白點(diǎn)裂紋。

3.5形成白點(diǎn)裂紋的因素很多[1-7]，除鋼中的氫含量以及應(yīng)力外，主要有以下幾方面：（1）鋼水純潔度；（2）鋼中敏感元素含量；（3）鋼中偏析；（4）鋼中的疏松孔洞；（5）鍛件尺寸。從該輪盤的各項(xiàng)試驗(yàn)分析結(jié)果來看，該輪盤鍛件直徑很大，幾乎達(dá)到1米，屬于典型的大鍛件，另外該輪盤鍛件材質(zhì)為25Cr2Ni4MoV，白點(diǎn)裂紋敏感元素Cr、Ni、V等含量相對較高，該鋼中屬于白點(diǎn)敏感性鋼種，因此，對于該輪盤鍛件來，鍛件尺寸和敏感元素含量是無法避免的，而鋼中的組織偏析，疏松孔洞以及純潔度均不嚴(yán)重。因此，避免白點(diǎn)裂紋的產(chǎn)生，關(guān)鍵還是在于降低鋼中氫含量，或者在鍛后增加去氫熱處理工藝，同時(shí)要減小鍛后冷卻的組織應(yīng)力。

4.結(jié)論

25Cr2Ni4MoV輪盤鍛件超聲波探傷缺陷性質(zhì)為白點(diǎn)裂紋。

5.預(yù)防措施

避免該輪盤鍛件白點(diǎn)裂紋的產(chǎn)生，關(guān)鍵還是在于降低鋼中氫含量，或者在鍛后增加去氫熱處理工藝，同時(shí)要減小鍛后冷卻的組織應(yīng)力。

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