范雪夫

(中國第一重型機械股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部，黑龍江161000)

低壓轉子被廣泛應用于汽輪機的高背壓供熱系統(tǒng)[1-3]，轉子鍛件是火電設備四大鍛件之一，是大型軸類鍛件的典型代表[4]。由于它工作在高溫、潮濕的環(huán)境中，工作時受力條件復雜[5]，所以，對它的質量要求很高。因此，本文針對不同錠型的聯(lián)合轉子鍛件在粗加工后，有部分鍛件因超聲檢測缺陷超標而報廢的情況，選擇一組報廢料進行定性缺陷分析，以確認其缺陷的性質，便于優(yōu)化工藝提高產品質量。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

本試驗采用30Cr2Ni4MoV的鋼材，其化學成分要求如表1所示。

1.2煉鋼工藝

采用LVCD+VCD的工藝路線，即電爐提供粗煉鋼水，LF爐采用白灰與螢石造渣，用適量硅石調整爐渣堿度，用碳粉擴散脫氧，真空脫氣處理，最后真空上注、鋼錠熱送。

表1 化學成分要求(質量分數(shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements(mass fraction,%)

1.3 檢測方法

如圖1所示，分別對A、B、C部位進行無損檢測，發(fā)現(xiàn)A部存在?3 mm～?5 mm密集缺陷，深度873 mm～1053 mm，最大反射量?7 mm；B部存在?2 mm～?4 mm密集缺陷，深度146 mm～372 mm，最大反射量?7 mm；C部距O點970 mm范圍內存在?2 mm～?3 mm密集缺陷，深度為表面至60 mm；其他可探部位未發(fā)現(xiàn)記錄缺陷。冒口端缺陷位于小軸表層區(qū)域，水口端缺陷基本位于小軸中間位置，因此，分冒、水口兩部分制定不同取料方案，根據(jù)無損檢測時確定的缺陷深度，套取相應試樣并壓斷，在掃描電鏡下進行斷口夾雜物分析。

圖1 無損檢測示意圖Figure 1 Schematic diagram of nondestructive test

2 實驗結果

2.1 宏觀形貌

低壓轉子鋸開后的斷面光潔度差，肉眼并未發(fā)現(xiàn)有明顯的可見缺陷。冒口端發(fā)現(xiàn)一段表面缺陷，呈密集條狀分布，在缺陷嚴重部位用鉆床套取3個試樣，編號為1#、2#、3#。

水口端B面在車床單邊加工深度150 mm的過程中及加工結束后肉眼并未發(fā)現(xiàn)明顯夾雜物，加工結束后無損檢測確定3處缺陷，缺陷深度分別為70 mm、55 mm和80 mm。用鉆床在標記位置處沿徑向垂直套取試樣，編號為1-1#、2-1#、3-1#。

2.2 微觀組織

分別取冒口端和水口端任意一個試樣進行顯微組織觀察，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)在金相二維面上缺陷呈雜亂曲線交叉密集分布，曲線內堆積著大小不一的顆粒狀夾雜物，因此確認該缺陷的性質為夾雜類缺陷。

2.3 斷口分析

圖3為冒口端3個試樣斷口形貌及微區(qū)成分分析，斷口心部存在條帶，具有明顯的方向性。在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，細條狀缺陷內分布有大小不一的顆粒狀夾雜物，條帶內均存在細碎的顆粒。經能譜成分分析顯示，細碎顆粒主要成分為Ca、Si，伴隨有少量Mg、Al等的夾雜物，且呈條帶狀密集分布，斷口表面未發(fā)現(xiàn)其它缺陷。

(a)冒口端(b)水口端

圖3 冒口端斷口形貌及能譜分析Figure 3 Morphology and energy spectrum analysis of the fracture atthe riser end

圖4 水口端斷口形貌及能譜分析Figure 4 Morphology and energy spectrum analysis of the fracture at the nozzle end

圖4為水口端三個試樣的斷口形貌及微區(qū)成分分析，肉眼可見心部存在條帶，方向性明顯。在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)條帶內存在大量顆粒，經能譜分析顯示，顆粒主要成分為Ca、Si、Al等，部分區(qū)域含有相當量的Mg、F及很少量Na、K等，斷口表面未發(fā)現(xiàn)其它缺陷。

3 結論

(1)冒口端斷口夾雜物主要是Ca、Si為主，含少量Mg、Al等夾雜，夾雜物成分以硅酸鹽為主。

(2)水口端斷口夾雜物比較復雜，主要是Ca、Al、Si的氧化物，同時含有少量Mg、F等夾雜物，部分視場可見純的Mg氧化物。

(3)根據(jù)以上分析認為，夾雜物為鋼水內部精煉渣澆注后未能充分上浮所致。