鍛件資訊
2021-02-05 17:05
42CrMo材料強度高，韌性和淬透性好，淬火變形小，無(wú)明顯的回火脆性,在調質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力且低溫沖擊韌性良好，一直被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
在生產(chǎn)一批次 42CrMo 壓力容器鍛件時(shí)，按工藝要求在粗加工工序結束后對鍛件進(jìn)行超聲檢測，發(fā)現其中某一鍛件在靠近冒口端位置存在超標缺陷，導致該鍛件無(wú)法正常使用。為找出造成超標缺陷的原因并提出相應改進(jìn)措施,對該壓力容器鍛件缺陷部位進(jìn)行了解剖分析。
1 .試樣制取及檢測方法
42CrMo壓力容器鍛件制造流程為:EBT 電爐冶煉→LF精煉→真空碳脫氧→真空澆注→鋼錠壓鉗口、倒棱→鐓粗→沖孔→拔長(cháng)→擴孔→精整毛壞→機加工→超聲檢測→熱處理。 在機加工工序結束后進(jìn)行超聲檢測,發(fā)現在鍛件上距冒口端 500mm 范圍內，徑向深度(160-250)mm的環(huán)帶內存在密集型缺陷，最大參考當量∮4.7mm，而標準要求最大缺陷當量不大于∮2 mm。
在鍛件冒口端缺陷部位切取厚20mm的低倍試樣，銑平后進(jìn)行低倍熱酸蝕試驗和斷口試驗觀(guān)察試樣的宏觀(guān)形貌。在宏觀(guān)缺陷部位切取 20mm ×20 mm ×20 mm 的金相試樣,經(jīng)處理后,在金相顯微鏡下觀(guān)察組織形貌。利用 KYKY2800型掃描電鏡對金相試樣缺陷部位進(jìn)行觀(guān)察分析，使用能譜分析儀觀(guān)察裂紋痕跡。
2 .試驗分析
2.1 宏觀(guān)分析
試樣低倍酸浸宏觀(guān)形貌，在試塊上存在多條微小裂紋,且大致呈平行分布。未發(fā)現氣孔、疏松和偏析等其他缺陷。
將低倍試塊中間沿缺陷背面開(kāi)槽壓斷，斷口形貌為結晶狀,上面分布著(zhù)許多黑色的小孔洞類(lèi)缺陷。從缺陷的分布和特征看來(lái)，排除氣孔缺陷的可能。取斷片進(jìn)行調質(zhì)處理,處理后在中間開(kāi)槽壓斷，斷口塑性變形明顯，為纖維狀，但上面仍然分布著(zhù)顏色較深的點(diǎn)狀和孔洞缺陷,故可排除白點(diǎn)缺陷的可能。
2.2金相分析
在低倍缺陷處取金相試樣進(jìn)行顯微組織分析。試樣經(jīng)磨制、拋光后在全相顯微鏡下進(jìn)行觀(guān)察，發(fā)現裂紋缺陷為夾雜物缺陷，其***部位及周?chē)嬖诖罅垦趸飱A雜。用4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在金相顯微鏡下觀(guān)察，試樣的組織為貝氏體，晶粒度為7級，組織正常。試樣的金相顯微組織形貌。
2.3 打描電鏡及能譜分析
在斷口試塊缺陷處取樣進(jìn)行電鏡分析,缺陷部位組織形貌孔洞缺陷為開(kāi)裂的裂紋面,其他區域斷裂形式為解理斷裂。將裂紋處放大看出開(kāi)裂面上聚集著(zhù)大量的顆粒狀來(lái)雜物。
為明確開(kāi)裂面上夾雜物的性質(zhì),利用掃描電鏡對所發(fā)現的裂紋和夾雜物進(jìn)行能譜分析。分別對夾雜物區域、夾雜物附近、正常斷裂區和裂紋邊緣進(jìn)行半定量成分分析。
3 .缺陷成因分析
從試驗分析結果可知，筒體鍛件冒口部位的超標缺陷為大型氧化鋁和氧化鈦夾雜物以及夾雜物造成的裂紋。
該筒體鍛件冶煉過(guò)程中主要采用鋁脫氧，生成的脫氧產(chǎn)物以氧化鋁類(lèi)為主。另外,為了達到鍛件力學(xué)性能的要求,后煉出鋼前加人約0.030%的鈦，在真空澆注倒中間包的過(guò)程中鋼水與大氣接觸,造成鋼水中的鈦氧化、產(chǎn)生氧化鈦類(lèi)夾雜。此外，該護鋼水生產(chǎn)時(shí)采用了較大型號的中間包，而精煉包熔煉鋼水噸位較小,倒包過(guò)程中熱量損失較大并且鋼水與精煉渣劇烈混沖。渣子未完全上浮即達到開(kāi)澆溫度的下限，使精煉渣隨鋼水澆注至鋼鏈模中,最終殘留在鋼錠冒口線(xiàn)以下的部位,導致鍛造的筒體出現環(huán)狀密集型超標缺陷。
冒口區存在的氧化鋁類(lèi)和氧化鈦類(lèi)脆性?shī)A雜物與基體的物性及力學(xué)性能差別較大,在受力變形過(guò)程中脆性?shī)A雜物不能隨金屬相應變形,變形大的鋼基體就會(huì )在變形小的夾雜物周?chē)a(chǎn)生塑性流動(dòng),其連接處出現應力集中,產(chǎn)生微裂紋。在鍛件塑性變形過(guò)程中,脆性的氧化鋁類(lèi)和氧化鈦類(lèi)夾雜物沿主變形方向被打碎，因此在宏觀(guān)形貌上出現了近似平行的夾雜物裂紋痕跡。
4 . 改進(jìn)措施
大型夾雜物和夾雜物裂紋是引起該筒體鍛件缺陷超標的主要原因,而夾雜物是在鋼鐵澆注過(guò)程出現的。針對該問(wèn)題提出改進(jìn)措施；
(1)在真空澆注時(shí)，對于噸位較小的鋼包，盡量采用小型號的中間包，避免倒包過(guò)程中溫度損失過(guò)多,導致澆注溫度偏低，影響鋼水流動(dòng)和夾雜物上??；
(2)適當提高鋼水的出鋼溫度，保證鋼水進(jìn)人中間包后距離澆注溫度上限有10℃的富余量。這樣有利于倒包后鋼中夾雜物順利上浮到表面；
(3)在真空澆注到冒口部位后，適當降低澆注速度，避免精煉渣澆注到鋼簇模中。
