趙學(xué)謙 陳遠(yuǎn)博 王明飛 毛寬亮 宋亞虎 王 博

(中信重工機(jī)械股份有限公司計(jì)量檢測中心，河南471000)

中間輥鍛件采用電渣鋼錠鍛造，材質(zhì)為MC5B，采用25 t電渣鋼錠鍛造2件，其中冒口端的一件毛坯無損檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)輥身大圓0～500 mm范圍存在大面積環(huán)帶狀缺陷，最大當(dāng)量?5 mm，分布中心?400 mm，如圖1所示。其余部位無損檢測合格，水口端加工的毛坯無損檢測未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，無損檢測結(jié)果合格。在缺陷嚴(yán)重的部位鋸切?770 mm×25 mm試片，將試片分割后進(jìn)行缺陷性質(zhì)分析。

1 理化分析

1.1 低倍試驗(yàn)

將試片進(jìn)行熱酸蝕，放置一定時(shí)間后觀察，酸洗后的試片如圖2所示。在低倍試片上發(fā)現(xiàn)存在輕微的點(diǎn)狀偏析，級別為1.5級；在距表面約R/3和R/2處，發(fā)現(xiàn)兩處裂紋，裂紋位于偏析上，表現(xiàn)為半網(wǎng)狀，有一處裂紋銹蝕比較嚴(yán)重，如圖3所示。除此之外，在低倍試片上未發(fā)現(xiàn)疏松、夾渣等其他類缺陷。

1.2 化學(xué)成分分析

在靠近缺陷的部位取樣進(jìn)行化學(xué)成分和氣體含量的檢測，檢測結(jié)果見表1，從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，試片上合金元素Ni、V的含量與規(guī)范值略有偏差，但是滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 222—2006中對化學(xué)成分偏差允許值的要求，所以化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果合格。

圖1 缺陷位置示意圖Figure 1 Diagram of defect location

圖2 低倍試片形貌Figure 2 Morphology of macroscopic samples

圖3 缺陷顯微組織Figure 3 Microstructure of defects

表1 化學(xué)成分檢測結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition test results(mass fraction,%)

圖4 1#區(qū)域試片斷口形貌Figure 4 Fracture morphology of specimen in 1# area圖5 缺陷局部放大形貌Figure 5 Partial magnification morphology of defect

圖6 斷口形貌Figure 6 Fracture morphology

圖7 夾雜物Figure 7 Inclusion圖8 缺陷金相組織Figure 8 Metallographic structure of defect

1.3 宏觀斷口觀察

取圖2中1#區(qū)域所在試片，沿著缺陷背面開槽，壓斷口，斷口形貌見圖4，斷口特征為結(jié)晶狀，在斷口左側(cè)存在異?，F(xiàn)象，經(jīng)觀察確認(rèn)，該處即為低倍形貌上缺陷所在區(qū)域，從圖5的局部區(qū)域放大形貌可以看出，該處的斷口特征為石狀斷口形貌，該斷口形貌的形成一般跟材料存在過熱或過燒有關(guān)，在該位置取樣進(jìn)行電鏡分析。

1.4 掃描電鏡分析

將所取的斷口試樣在掃描電鏡下進(jìn)行觀察，缺陷處斷口特征為沿晶斷裂，并發(fā)現(xiàn)沿晶斷面上存在很多平行排列的條帶特征，其他正常斷口區(qū)域?yàn)闇?zhǔn)解理特征，如圖6所示。

1.5 金相分析

在低倍試片上的2#缺陷區(qū)域處取金相試樣，將所取試樣磨制拋光后，在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)缺陷處有大量的夾雜物聚集，多為氮化物、硫化物等夾雜物，并且存在黑色或淺灰色的網(wǎng)狀或半網(wǎng)狀夾雜物，在高倍數(shù)顯微鏡下觀察，該夾雜物沿晶界分布，分析認(rèn)為此物質(zhì)應(yīng)該為該處輕微過燒后晶界氧化的產(chǎn)物，如圖7所示。試樣經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后，觀察其金相組織，如圖8所示，從圖中可以看出，裂紋附近碳化物偏析較正常區(qū)域嚴(yán)重，并有嚴(yán)重的沿晶分布的網(wǎng)狀碳化物。裂紋缺陷位于點(diǎn)偏析的位置，裂紋大都沿碳化物網(wǎng)斷續(xù)開裂，并且碳化物上有明顯的氧化特征。

2 原因分析

通過以上理化分析可知，低倍試片上的缺陷性質(zhì)為點(diǎn)狀偏析區(qū)過燒；過燒主要與該區(qū)域的嚴(yán)重偏析有關(guān)，該鋼錠為電渣重熔冶煉，雜質(zhì)元素較少，比一般電爐冶煉鋼錠的過熱敏感度要高，過熱傾向大；而偏析區(qū)域一般都是選分結(jié)晶最后的凝固區(qū)域，該區(qū)域一般都是C、S、P、Cr、Ni、Mo等元素的正偏析，由于S、P在晶界上偏聚，使晶界弱化，同時(shí)MnS夾雜的存在起到了預(yù)裂紋的作用。部分區(qū)域質(zhì)點(diǎn)偏析嚴(yán)重是由于雜質(zhì)、合金元素和碳的富集使得液相線降低，進(jìn)而增加了鋼的過熱、過燒的敏感性。在鍛造前加熱及鍛造過程中，在偏析區(qū)晶界處(特別是三角晶界)產(chǎn)生過燒，使晶界熔化，形成孔洞及裂紋。在隨后的鍛造過程中熔化處沿晶擴(kuò)展，形成網(wǎng)絡(luò)狀裂紋。如果在鍛造的過程中，加熱溫度稍有偏高，鋼錠中偏析部位發(fā)生過熱、過燒的概率就會增加，因此，容易在偏析區(qū)產(chǎn)生過燒現(xiàn)象。

點(diǎn)偏處過燒是電渣鋼所特有的缺陷，這種缺陷尚未有徹底的方法解決，為了避免質(zhì)點(diǎn)偏析區(qū)出現(xiàn)過燒，主要通過兩方面來改進(jìn)，一方面控制鍛造加熱溫度，通過過燒試驗(yàn)，得到點(diǎn)偏處過燒的臨界溫度，將鍛造加熱溫度控制在臨界溫度以下；另一方面，降低電渣重熔鋼錠的質(zhì)點(diǎn)偏析的嚴(yán)重程度，一般來說，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的電渣錠應(yīng)具備三個(gè)條件：1)液相的均質(zhì)性；2)平靜的熔池狀態(tài)可減弱兩相區(qū)對流熱交換，抑制不希望的化學(xué)成分變化；3)平的結(jié)晶前沿，可減少偏析生成區(qū)。從工藝措施上來講，可從以下幾方面入手：1)合理選擇電渣重熔熔速，熔化速率均衡穩(wěn)定，保持熔池淺平；2)減少氣體的產(chǎn)生，防止氣孔的生成；3)增加渣量，改變電極熔化時(shí)的端部形狀，增大熔滴與鋼渣接觸時(shí)間，同時(shí)可以減少電能沖擊的影響；4)采用大充填比，減少電磁力，減弱電磁攪拌。在設(shè)備的選擇上也需要加以注意，鍛造時(shí)應(yīng)選用爐溫均勻性較好的爐臺對輥坯進(jìn)行加熱，充分保證擴(kuò)散效果；同時(shí)改變鋼錠在加熱爐中的擺放位置和裝爐方式，以避免火焰直接噴射鋼錠表面造成質(zhì)點(diǎn)偏析區(qū)過燒。

3 結(jié)論

(1)該中間輥鍛件缺陷性質(zhì)為偏析區(qū)過燒；

(2)該缺陷的產(chǎn)生與點(diǎn)狀偏析有關(guān)，在生產(chǎn)過程中可以通過控制電渣重熔工藝和鍛造加熱溫度來避免此缺陷的產(chǎn)生。