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锻圆内部低倍裂纹缺陷的研究
孙钰锋
（江苏 南京 13921411087 211500）
摘要：针对我公司电炉+LF+800ton液压快锻生产的煅圆出现低倍裂纹缺陷的特征和形成过程进行了深入的研究分析，探讨了生产的各工艺过程对形成低倍裂纹缺陷的影响，并提出了相应措施。
关键词：电弧炉+LF+800ton液压快锻；煅圆；低倍裂纹
中国分类号：TG316.1+92 文献标识码：B 文章编号：1371-5276（2007）01-0047-02
Research of crack on forged steel round bar
SUN Yu-feng,WANG Jing
(Nanjing iron ＆steel group metallurgy casting co.,ltd.,nanjing211500,china)
Abstract：After researching the character and producing process of low-multiple crack fault in the forged circularity produced by our electric cooker+LF+800ton hydraulic pressure forging equipment,we discussed the influences of craft process on the fault, and process the related measures.
Key words：electric cooker+LF+800ton hydraulic pressure forging equipment；forged steel round bar；low-multiple crack
0 前言
煅圆内部低倍裂纹是煅圆产品品质的致命缺陷，在锻件后继加工喝热处理中都无法予以消除或减小，只能做判废处理或作为原料改锻其它产品。产生此类问题的原因也较复杂。从整个生产工序看来，环节多、流程长，从电弧炉初炼到LF精炼浇注成锭，然后加热到锻打成煅圆，最后缓冷、精整。每个环节上的疏忽都会与产生煅圆内部低倍裂纹形成有关。虽然在生产中各工艺规程对过程控制起到了很好的作用，但在具体的生产中一些细节控制不注意，一度使我公司煅圆产品因此缺陷的存在而造成了很大的损失，经现场取样分析，对煅圆内部低倍裂纹缺陷进行了研究，并提出了有关措施。
1 研究对象及方法
对电弧炉+LF+800ton液压快锻生产煅圆产生的内部裂纹缺陷进行取样分析检验。炉号为05081167炉，钢种为#25钢，锭型为3.7M，经锻打成d380的煅圆，在切除煅圆头部缺陷后，取截面片样做低倍分析，出现截面有低倍裂纹。然后对有低倍裂纹缺陷的试片材料从5个方面进行分析：即成分分析；金相组织分析；力学性能测试；断口的电镜扫描；能谱分析。以上可分析判断试片上表面裂纹缺陷形成的原因。采用6种测试方法，即：用湿法化学分析方法测定其化学成分；用OLYMPUSBH型金相显微镜进行金相组织分析；用HVIYOA型维氏硬度计进行硬度测试；用CMT5105电子万能试验机进行力学性能测试；用Sirion型扫描电子显微镜进行断口形貌分析；用GENESIS60S型X射线能谱仪测试夹杂物以及断口的微区成份，最后综合分析试片表面缺陷的产生原因。
2 测试分析结果
2.1 宏观分析
锻件试片表面缺陷的宏观形貌经电腐蚀腐蚀后，在试片的表面肉眼有深色斑点状区域，此斑点状区域大都周向分布，且离表层约80mm，中心区域较少。宏观放大隐约可见斑点处有长条状裂纹缺陷。斑点颜色较深是由于残余腐蚀介质溢出缺陷后所形成。
2.2 化学成分
送检锻件试片的化学成分分析结果如表1所示。由表1可知，该锻件的化学成分符合GB/T699-1999标准中#25钢的技术要求。
表1 试片化学成分含量表 %
|
元素
|
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
|
测试值
|
0.25
|
0.22
|
0.74
|
0.019
|
0.016
|
|
|
0.22~0.29
|
0.17~0.37
|
0.5~0.80
|
<<0.035
|
<<0.035
|
2.3 力学性能
在锻件试片上取样进行力学性能测试，其横向的常温拉伸，冲击和硬度测试结果列于表2。由表2可知，虽然其抗拉强度和硬度值符合#25钢标注值要求，但屈服强度、塑性和韧性均低于标准值。特别是锻后延伸率和冲击功的测试数值波动较大。
表2 力学性能测试结果
|
性能指标
|
屈服强度/MPa
|
抗拉强度
/MPa
|
锻后延伸率
/%
|
冲击功
/J
|
硬度
/HV
|
|
测试值
|
230,246,238
|
504,504,489
|
22.4,19.2,15.8
|
31,15,26
|
145,146,170
|
|
标准值
|
>>275
|
>>450
|
>>23
|
>>71
|
<<170
|
由于实际锻件与标准试样的尺寸及热处理工艺存在差异，故标准值资料仅供参考。
2.4 金相分析
在锻件切片横截面的外、中、内部位以及宏观观察的裂纹的部位分别取样做金相分析可知，锻件的外层组织与次外层和内部有不同，外层为正常的组织，组织为铁素体+珠光体；而次外层和心部组织中出现了魏氏组织，魏氏组织的出现将给材料性能产生不好的影响，产生魏氏组织的原因是锻件生产中加热过热所致。
在整个锻件的横截面上均可见较多的非金属夹杂物存在，特别是次外层和心部，不仅有非金属夹杂物存在，而且具有裂纹及裂纹上的夹杂物。
对裂纹部位的纵向组织观察表明，裂纹没有或很少分叉，裂纹大多为两种形态：一种裂纹前端较钝，此类裂纹的前沿和裂纹上有大量的非金属夹杂物存在；另一种裂纹前端尖锐，裂纹发展前沿和裂纹上夹杂物较少，裂纹打都为实晶裂纹。实晶裂纹的产生与锻件锻后冷却方式有很大关系，而非金属夹杂的大量存在又和冶炼的精炼操作有关。
2.5 扫描电镜分析
a) 断口分析：从拉伸试样断口的SEM形貌，可以看出其断口主要以窝特征为主，但局部区域还可见氢微孔扩展特征，有些区域可见非金属夹杂物呈密集型分布和大颗粒分布，夹杂物与周围基体间可见明显的空隙；从冲击试样断口的SEM形貌，可以看出主要以里断裂特征为主，仅有很少量的窝，在局部区域也可见微孔扩展特征。
b) 能谱分析：对金相检验中发现的夹杂物部位进行X射线能谱分析可知，其裂纹内存在一定量的氧化物，其主要成分为氧化铁。
2.6 综合分析
综合以上分析可知，该锻件的化学成份符合GB/T699-1999中的#25钢的技术要求。从力学性能测试结果可知，虽然该锻件的抗拉强度和硬度值能满足标准要求，但其锻后伸长率和冲击功的测试数值波动较大，表明材料内部缺陷的存在对其塑性的韧性产生了不利的影响。
金相分析结果可知，在锻件的次外层（1/2R处）区域和心部区域，不仅有较多的非金属夹杂物存在，而且有裂纹存在，大多数情况下，裂纹上及周围均有夹杂物所伴随，由此表明，非金属夹杂物的偏析富集给裂纹的产生创造了有利条件。但也有少数裂纹，上未见有明显的夹杂物。
从能谱分析可知，一部*纹上及其周围的夹杂物主要为MnS，另一部*纹上的产物主要未氧化铁。
在拉伸试样和冲击试样的局部断口形貌中均发现了氢压微孔扩展特征，此特征的存在表明了部*纹是氢的作用所致。从裂纹的微观形貌看，裂纹两侧没有或很少有分叉现象，这符合氢致开裂的裂纹特征，研究资料表明，夹杂物等杂质的偏析区域，会吸附较多的氢，从而导致氢致损伤，结合本切片宏观检验缺陷的分布情况看，不排除存在夹杂物与氢共同作用裂纹的可能。
综合分析可以认为，宏观分析切片上经过电腐蚀后产生的缺陷主要是非金属夹杂物(MnS)产生的裂纹及腐蚀所致，还存在氢致裂纹的特征，非金属夹杂物产生的裂纹起着主导作用。
3 结论
a) 送检锻件试片的化学成分符合GB/T699-1999中#25钢的技术要求；
b) 宏观腐蚀试片上所观察到的缺陷，主要是由非金属夹杂物（MnS）产生的裂纹及腐蚀坑所致，部分特征表明是氢的作用产生的裂纹（白点）所致，氢的附加作用将加速裂纹（缺陷）的形成；
c) 强化电弧炉冶炼操作，特别是氧化期的去气、去杂质，加强入炉原辅材料的烘烤干燥工作，浇注上要控制合适的开浇温度和浇注速度，控制钢中非金属夹杂物的含量，改善其分布状况，加大脱氢及防吸氢操作；完善锻造工艺，适当进行入炉钢锭预热，降低锻后冷却速度均可有效减少和避免缺陷的产生。
