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42CrMo筒體鍛件超標(biāo)缺陷分析與改進(jìn)措施

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《大型鑄鍛件》
No.3
HEAVY CASTING AND FORGING
May 2016
42CrMo筒體鍛件超標(biāo)缺陷分析與改進(jìn)措施
何石磊12杜旋.2晉帥勇12馬宏
(1.中信重工機(jī)械股份有限公司，河南471003；2.河南省大型鑄鍛件工程技術(shù)中心，河南471003)
摘要：針對42CMo筒體鍛件冒口端存在的密集型缺陷及超標(biāo)點(diǎn)狀缺陷，對鍛件缺陷部位進(jìn)行了低倍酸浸
檢驗、宏觀斷口分析、金相分析、掃描電鏡分析及能譜分析等。分析結(jié)果表明缺陷為大型氧化鋁類和氧化鈦類
夾雜物及夾雜物產(chǎn)生的裂紋，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞：42CrMo筒體鍛件；夾雜物；超標(biāo)缺陷；改進(jìn)措施
中圖分類號：TG244*.1;TG115文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
Cause Analysis and Improvement Measures of
Unacceptable Defects for 42CrMo Cylinder Forgings
He Shilei,Du Xuan,Jin Shuaiyong,Ma Hong
Abstract:For the group defects and the unacceptable spot defects appeared on one end of riser for 42CrMo cylin-
der forgings,the following tests such as macro acid pickling test,macro fracture analysis,metallographic analysis,
scanning electron microscopy and energy spectrum analysis etc.have been performed on the defect locations of forg-
ings.The results show that these defects are the large alumina oxide and titanium oxide inclusions and the cracks
caused by these large inclusions.Meanwhile,the relevant improvement measures have been proposed as well.
Key words:42CrMo cylinder forging;inclusion;unacceptable defect;improvement measures
42CrMo材料強(qiáng)度高，韌性和淬透性好，淬火
倍試樣，銑平后進(jìn)行低倍熱酸蝕試驗和斷口試驗，
變形小，無明顯的回火脆性，在調(diào)質(zhì)處理后有較高
觀察試樣的宏觀形貌。在宏觀缺陷部位切取20
的疲勞極限和抗多次沖擊能力且低溫沖擊韌性良
mm×20mmx20mm的金相試樣，經(jīng)處理后，在
好，一直被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
金相顯微鏡下觀察組織形貌。利用KYKY2800
在生產(chǎn)一批次42CrMo筒體鍛件時，按工藝
型掃描電鏡對金相試樣缺陷部位進(jìn)行觀察分析，
要求在粗加工工序結(jié)束后對鍛件進(jìn)行超聲檢測，
使用能譜分析儀觀察裂紋痕跡。
發(fā)現(xiàn)其中某一鍛件在靠近冒口端位置存在超標(biāo)缺
2試驗分析
陷，導(dǎo)致該鍛件無法正常使用。為找出造成超標(biāo)
缺陷的原因并提出相應(yīng)改進(jìn)措施，對該筒體鍛件
2.1宏觀分析
缺陷部位進(jìn)行了解剖分析。
試樣低倍酸浸宏觀形貌見圖1。從圖1中看
出，在試塊上存在多條微小裂紋，且大致呈平行分
1試樣制取及檢測方法
布。未發(fā)現(xiàn)氣孔、疏松和偏析等其他缺陷。
42CrMo筒體鍛件制造流程為：EBT電爐冶煉
將低倍試塊中間沿缺陷背面開槽壓斷，斷口
→LF精煉→真空碳脫氧→真空澆注→鋼錠壓鉗
形貌見圖2。從圖2可以看出，斷口為結(jié)晶狀，上
口、倒棱一→繳粗→沖孔→拔長→擴(kuò)孔→精整毛坯
面分布著許多黑色的小孔洞類缺陷。從缺陷的分
→機(jī)加工→超聲檢測一→熱處理。在機(jī)加工工序結(jié)
束后進(jìn)行超聲檢測，發(fā)現(xiàn)在鍛件上距冒口端500
mm范圍內(nèi)，徑向深度(160-250)mm的環(huán)帶內(nèi)存
在密集型缺陷，最大參考當(dāng)量4.7mm,而標(biāo)準(zhǔn)
要求最大缺陷當(dāng)量不大于2mm。
在鍛件冒口端缺陷部位切取厚20mm的低
收稿日期：2016—01—18
作者簡介：何石磊(1982一)，男，工程師，主要從事特殊鋼冶煉澆
圖1試塊低倍酸浸宏觀形貌
注工藝技術(shù)研究。電話：18638887763，E-mal:stone-
Figure 1 Macrostructure of acid pickled specimen
river@126.com
31
No.3
《大型鑄鍛件》
May 2016
HEAVY CASTING AND FORGING
圍存在大量氧化物夾雜。用4%硝酸酒精溶液腐
蝕后，在金相顯微鏡下觀察，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
織形貌見圖3。
2.3掃描電鏡及能譜分析
在斷口試塊缺陷處取樣進(jìn)行電鏡分析，缺陷
部位組織形貌見圖4。由圖4中看出，孔洞缺陷
為開裂的裂紋面，其他區(qū)域斷裂形式為解理斷裂。
圖2宏觀斷口形貌
將裂紋處放大看出開裂面上聚集著大量的顆粒狀
Figure 2 Macro fracture appearance
夾雜物。
為明確開裂面上夾雜物的性質(zhì)，利用掃描電
鏡對所發(fā)現(xiàn)的裂紋和夾雜物進(jìn)行能譜分析，見圖
5。分別對夾雜物區(qū)域、夾雜物附近、正常斷裂區(qū)
和裂紋邊緣進(jìn)行半定量成分分析，能譜成分見表
1。
3缺陷成因分析
200.um
(a)裂紋
從試驗分析結(jié)果可知，筒體鍛件冒口部位的
超標(biāo)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。
該筒體鍛件冶煉過程中主要采用鋁脫氧，生
成的脫氧產(chǎn)物以氧化鋁類為主。另外，為了達(dá)到
鍛件力學(xué)性能的要求，冶煉出鋼前加入約0.030%
的鈦，在真空澆注倒中間包的過程中鋼水與大氣
接觸，造成鋼水中的鈦氧化，產(chǎn)生氧化鈦類夾雜。
此外，該爐鋼水生產(chǎn)時采用了較大型號的中間包，
(b)夾雜物
而精煉包熔煉鋼水噸位較小，倒包過程中熱量損
失較大并且鋼水與精煉渣劇烈混沖，渣子未
50 um
(c)顯微組織
圖3試樣的金相顯微組織
Figure 3 Metallographic structure of specimen
布和特征看來，排除氣孔缺陷的可能。取斷片進(jìn)
行調(diào)質(zhì)處理，處理后在中間開槽壓斷，斷口塑性變
形明顯，為纖維狀，但上面仍然分布著顏色較深的
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
25 KV
SW:026
圖4裂紋及夾雜物掃描電鏡照片
析。試樣經(jīng)磨制、拋光后在金相顯微鏡下進(jìn)行觀
Figure 4 SEM photographs of cracks and inclusions
察，發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷為夾雜物缺陷，其尖端部位及周
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《大型鑄鍛件》
No.3
HEAVY CASTING AND FORGING
May 2016
1.01
Fe
表1夾雜物和裂紋EDS分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
Table 1 EDS analysis of inclusions and cracks
0.8
【mass fraction,%)
夾雜物區(qū)域
夾雜物附近
正常斷裂區(qū)
裂紋邊緣
0.6
Mg
3.11
2.33
1.15
2.58
KCnt
l
17.02
2.64
1.01
10.88
0.4
1.72
1.19
1.40
0.75
1.06
0.80
1.11
T
0.2
Ca
0.59
0.31
0.39
Ti
4.63
2.07
0.39
4.32
0.0
Cr
2.96
2.77
3.09
2.92
0.001.002.003.004.005.006.007.008.00
Fe
70.94
87.11
91.97
76.80
(a)夾雜物區(qū)域
776-
Fe
完全上浮即達(dá)到開澆溫度的下限，使精煉渣隨鋼
620
Fe
水澆注至鋼錠模中，最終殘留在鋼錠冒口線以下
的部位，導(dǎo)致鍛造的筒體出現(xiàn)環(huán)狀密集型超標(biāo)缺
465
陷。
310
冒口區(qū)存在的氧化鋁類和氧化鈦類脆性夾雜
物與基體的物性及力學(xué)性能差別較大，在受力變
155
(1
形過程中脆性夾雜物不能隨金屬相應(yīng)變形，變形
0
大的鋼基體就會在變形小的夾雜物周圍產(chǎn)生塑性
1.002.003.004.005.006.007.008.0
(b)夾雜物附近
流動，其連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋。
在鍛件塑性變形過程中，脆性的氧化鋁類和氧化
828
Fe
鈦類夾雜物沿主變形方向被打碎，因此在宏觀形
663
貌上出現(xiàn)了近似平行的夾雜物裂紋痕跡。
497
4改進(jìn)措施
331
大型夾雜物和夾雜物裂紋是引起該筒體鍛件
缺陷超標(biāo)的主要原因，而夾雜物是在鋼錠澆注過
165
cr
st S
71
程出現(xiàn)的。針對該問題提出改進(jìn)措施：
。0
1.002.003.004.005.006.007.008.0
(1)在真空澆注時，對于噸位較小的鋼包，盡
(c)正常斷裂區(qū)
量采用小型號的中間包，避免倒包過程中溫度損
1.1
失過多，導(dǎo)致澆注溫度偏低，影響鋼水流動和夾雜
Fe
物上??；
0.9
(2)適當(dāng)提高鋼水的出鋼溫度，保證鋼水進(jìn)
0.7
人中間包后距離澆注溫度上限有10℃的富余量。
KCnt
這樣有利于倒包后鋼中夾雜物順利上浮到表面；
0.4
Al
Ti
(3)在真空澆注到冒口部位后，適當(dāng)降低澆
0.2
注速度，避免精煉渣澆注到鋼錠模中。
0.0
參考文獻(xiàn)
.00
1.002.003.004.005.00
6.007.00
(d)裂紋邊緣
[1]黃?？?鋼鐵冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002：
圖5能譜分析結(jié)果
424.
Figure 5 Results of energy spectrum analysis
編輯杜敏
33

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