文/唐雪萍，李偉林·貴陽(yáng)金龍鍛造廠

楊接明，張春紅，吳少斌·首鋼貴陽(yáng)特殊鋼有限責(zé)任公司

對(duì)CrMnMo鋼鍛材“一般斑點(diǎn)狀偏析”的成因分析

文/唐雪萍，李偉林·貴陽(yáng)金龍鍛造廠

楊接明，張春紅，吳少斌·首鋼貴陽(yáng)特殊鋼有限責(zé)任公司

本文針對(duì)CrMnMo鋼鍛材存在“一般斑點(diǎn)狀偏析”缺陷的質(zhì)里問(wèn)題，進(jìn)行了系統(tǒng)性檢測(cè)并分析了缺陷的成因，為改進(jìn)工藝消除低倍斑點(diǎn)狀偏析缺陷提供理論依據(jù)。

CrMnMo鋼鍛材“一般斑點(diǎn)狀偏析”概況

貴陽(yáng)金龍鍛造廠使用CrMnMo鋼錠加熱鍛制φ310mm鍛材時(shí)，在低倍酸浸檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了“一般斑點(diǎn)狀偏析”（以下簡(jiǎn)稱“點(diǎn)偏”）缺陷（圖1），判定為1.5級(jí)點(diǎn)狀偏析，一般疏松3.0級(jí)，鍛材不合格。

圖1 一般斑點(diǎn)狀偏析

對(duì)CrMnMo鋼鍛材點(diǎn)偏的檢測(cè)分析

酸浸塔形分析

將帶點(diǎn)偏缺陷的φ310mm鍛材改鍛成φ210mm，取φ210mm×200mm樣坯車削成4級(jí)等長(zhǎng)臺(tái)階（一級(jí)φ150mm，二級(jí)φ130mm，三級(jí)φ110mm，四級(jí)φ90mm），做酸浸塔形檢測(cè)。其酸浸塔形圖片如圖2、3所示。在鍛材φ110mm、φ90mm兩級(jí)臺(tái)階上發(fā)現(xiàn)明顯的類似于點(diǎn)偏的縱向暗條，而φ150mm、φ130mm兩級(jí)臺(tái)階縱向暗條則不明顯。

圖2 酸浸塔形試樣端面低倍點(diǎn)偏形貌

圖3 φ90mm、φ110mm兩級(jí)臺(tái)階縱向暗條

氣體檢測(cè)

為驗(yàn)證點(diǎn)偏缺陷是否因氣體過(guò)飽和而引起，收集了5爐鋼相關(guān)氣體檢測(cè)數(shù)據(jù)，氣體含里與低倍點(diǎn)偏、疏松對(duì)照見(jiàn)表1。

表1 部分爐號(hào)氣體含量與低倍點(diǎn)偏、疏松對(duì)照

可見(jiàn)，點(diǎn)偏的出現(xiàn)及級(jí)別與鋼中氣體含里并無(wú)直接關(guān)系。

金相分析

在酸洗過(guò)的低倍試樣上點(diǎn)偏缺陷密集部位切取金相試樣進(jìn)行高倍分析，拋光試樣高倍輕腐蝕后的宏觀形貌如圖4所示。將該試樣偏析部位標(biāo)識(shí)后再次進(jìn)行低倍酸浸重腐蝕試驗(yàn)（1∶1的30%工業(yè)鹽酸+水，80℃加熱15min）。低倍酸浸后試樣橫截面上的白斑變成點(diǎn)偏缺陷，其位置、大小、形狀完全吻合，而縱向截面上的條狀白斑也與腐蝕后形成的缺陷位置完全對(duì)應(yīng)。沿點(diǎn)偏缺陷將試樣縱向剖開后，觀察試樣縱面情況，在點(diǎn)偏部位可看到對(duì)應(yīng)的縱向條斑。圖5為偏析區(qū)顯微硬度測(cè)試位置圖，表2為偏析區(qū)顯微硬度測(cè)試數(shù)據(jù)表，測(cè)得偏析區(qū)顯微硬度為310～340HV，遠(yuǎn)高于基體組織的130～200HV。結(jié)合金相圖（圖6）認(rèn)為偏析區(qū)組織類似貝氏體組織，基體為珠光體+鐵素體。

圖4 高倍腐蝕橫截面與縱截面宏觀形貌

圖5 偏析區(qū)顯微硬度測(cè)試位置圖

表2 偏析區(qū)顯微硬度測(cè)試數(shù)據(jù)表

掃描電鏡下觀察，組織明顯存在不均勻。進(jìn)一步放大倍數(shù)觀察（圖7），通過(guò)對(duì)點(diǎn)偏缺陷位置處能譜分析，發(fā)現(xiàn)了以MnS為代表的夾雜物的偏聚（表3）。

大樣電解

圖6 點(diǎn)狀橫截面金相形貌（100X）

圖7 縱向偏析組織上的夾雜物（4500X）

取帶點(diǎn)偏缺陷的鍛坯與合格鍛坯各一件，按試驗(yàn)方法進(jìn)行大樣電解，并對(duì)電解出來(lái)的大顆粒夾雜物作能譜化學(xué)成分分析。有點(diǎn)偏缺陷的鍛材，每千克電解分離出大于50μm的大顆粒夾雜物0.0009g，而無(wú)點(diǎn)偏鍛材電解每千克分離出0.0004g。在后續(xù)的掃描電鏡分析中，電解分離出來(lái)的夾雜物毫無(wú)規(guī)律，既非硫化物，也不是氧化鋁夾雜，而是一些來(lái)源不明的含Na、K、Ti等元素的化合物。

表3 縱向偏析組織上的夾雜物能譜分析

對(duì)CrMnMo鋼材點(diǎn)偏的討論與分析

經(jīng)過(guò)上述檢試驗(yàn)分析，對(duì)CrMnMo鋼材點(diǎn)偏實(shí)質(zhì)及其成因有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)做如下討論、分析。

排除一般疏松誤判的可能

一直以來(lái)，鋼材在酸浸低倍分析時(shí)，對(duì)鋼材一般疏松和點(diǎn)偏的分析判定常存在相互混淆，可能存在將一般疏松誤判為點(diǎn)偏的現(xiàn)象。

低倍酸浸試驗(yàn)表明：在φ310mm及其改制成的φ210mm，甚至改制成的100mm×100mm方鍛材上均發(fā)現(xiàn)了級(jí)別相當(dāng)?shù)狞c(diǎn)偏，點(diǎn)偏缺陷并沒(méi)有隨鍛比的增大而得以改善；而通常認(rèn)為一般疏松是可通過(guò)加大鍛造比改善的。

同時(shí)，通過(guò)金相檢測(cè)，在顯微鏡下觀察找出暗斑所在位置，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)“微小孔隙”和C、S等低熔點(diǎn)組分的富集現(xiàn)象。而且大多暗斑處偏析組織致密，晶粒細(xì)化。同時(shí)，暗斑缺陷不僅出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)鋼錠上部（靠帽頭端），有時(shí)在對(duì)應(yīng)鋼錠中、下部的鋼材上也顯現(xiàn)，這明顯與一般疏松多出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)鋼錠上部鋼坯的觀點(diǎn)不符。因此，可初步排除酸浸低倍發(fā)現(xiàn)的暗斑非一般疏松誤判的說(shuō)法。

排除由于氣體過(guò)飽和所引起的傳統(tǒng)點(diǎn)狀偏析說(shuō)法

就傳統(tǒng)點(diǎn)狀偏析的成因，比較統(tǒng)一的說(shuō)法是：點(diǎn)狀偏析是鋼液凝固后期鋼液中過(guò)飽和氣體析出上升，穿過(guò)粘稠的鋼液，形成孔隙，而周圍尚未凝固的富集低熔點(diǎn)組分及雜質(zhì)的糊狀鋼液填充這些孔隙后形成的結(jié)果。通常認(rèn)為形成傳統(tǒng)點(diǎn)狀偏析，［O］需在30PPm以上，甚至有研究者為找出傳統(tǒng)點(diǎn)狀偏析來(lái)分析，而從有帽口上漲缺陷的鋼錠來(lái)取制，而形成帽口上漲的條件則是［O］超過(guò)75PPm。

根據(jù)氣體檢測(cè)分析數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)真空冶煉的CrMnMo鋼液，［O］大都低于20PPm，都達(dá)不到產(chǎn)生傳統(tǒng)點(diǎn)狀偏析的程度。

排除鋼液純凈度太差，夾雜物偏聚所致形成點(diǎn)狀偏析的說(shuō)法

經(jīng)大樣電解試驗(yàn)對(duì)比分析，雖然從數(shù)據(jù)來(lái)看，有點(diǎn)偏缺陷鍛材的大于50μm的大顆粒夾雜物從數(shù)里上來(lái)說(shuō)是無(wú)點(diǎn)偏的兩倍，但是，排除一次試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)較少，不一定能真實(shí)代表鋼坯的實(shí)際情況，同時(shí)，一方面每千克鍛坯電解分離出大于50μm的大顆粒夾雜物0.0009g是否已“超過(guò)”形成傳統(tǒng)點(diǎn)狀偏析的下限，尚無(wú)相應(yīng)的文獻(xiàn)資料證明，另一方面，金相掃描電鏡雖然也在點(diǎn)偏缺陷處發(fā)現(xiàn)了大顆粒夾雜物，但也不是普遍存在于所有缺陷處。而點(diǎn)偏缺陷的時(shí)有時(shí)無(wú)，也說(shuō)明該類缺陷應(yīng)可排除鋼液純凈度太差，夾雜物偏聚所致的可能。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)試驗(yàn)分析，結(jié)合鋼錠鍛造生產(chǎn)情況，在排除一般疏松誤判、氣體過(guò)飽和、鋼液純凈度太差等因素外，通過(guò)金相及能譜分析，點(diǎn)偏處組織有別于基體組織，如晶粒細(xì)化，硬度偏高，組織也非珠光體正常組織，從而認(rèn)為現(xiàn)有的點(diǎn)偏缺陷實(shí)質(zhì)是受合金成分偏析導(dǎo)致的組織偏析。

從能譜分析可以看出，該異常組織存在Cr、Mo等合金元素及C的偏聚，據(jù)此可推斷出點(diǎn)偏的形成機(jī)理：受連續(xù)生產(chǎn)影響，環(huán)境溫度偏高，散熱慢，影響鋼液的凝固結(jié)晶，造成成分偏析，極可能形成低熔點(diǎn)的碳化物在枝晶間隙偏聚，形成偏析帶（區(qū)域），在后續(xù)鍛造熱加工及保溫緩冷過(guò)程中，合金元素的正偏析及碳化物的存在，使偏析帶（區(qū)域）易于發(fā)生組織轉(zhuǎn)變而與基體正常組織不一，形成組織偏析。