Cr12MoV鋼鍛件表面質(zhì)量及共晶碳化物不均勻度改進研究

雷 沖 胡建成 高英麗 彭努淵

(中原特鋼股份有限公司，河南454685)

Cr12MoV鋼屬于高碳高鉻萊氏體鋼，該鋼種鍛造時易裂，在結(jié)晶過程中易形成大量的網(wǎng)狀共晶碳化物。Cr12MoV鋼熔點低，導(dǎo)熱性差，鍛造溫度范圍窄，鍛造過程中表面質(zhì)量較差，共晶碳化物不均勻度不易滿足。為提高產(chǎn)品合格率，我們進行了一系列的理化分析與工藝研究，并通過改進生產(chǎn)工藝，最終使公司Cr12MoV鍛件表面質(zhì)量得到了很大改善，共晶碳化物不均勻度完全滿足客戶要求，經(jīng)濟效益顯著。

1 主要技術(shù)要求及生產(chǎn)流程

1.1 Cr12MoV鍛件的主要技術(shù)要求。

Cr12MoV鋼的化學(xué)成分見表1。要求共晶碳化物不均勻度≤3.5級。交貨狀態(tài)為退火交貨。

1.2 生產(chǎn)流程

Cr12MoV鋼鍛件的生產(chǎn)流程如下：電弧爐冶煉→真空精煉→鋼錠熱送→加熱→油壓機開坯→精鍛機鍛造→退火→鍛坯超聲檢測→打磨→下料→檢驗。

2 鍛后表面質(zhì)量及共晶碳化物不均勻度檢測

本批次23支鋼錠表面均有不同程度的裂紋。共晶碳化物不均勻度約50%為4.0級，不符合用戶要求。詳見表2。

3 分析討論

針對裂紋較深的一支鋼錠，在裂紋處切片做理化分析。從金相觀察的結(jié)果來看，晶界有明顯的氧化現(xiàn)象，且在鍛件的表面存在局部過燒現(xiàn)象。由于表面存在過熱和過燒現(xiàn)象，在鍛造過程中即發(fā)現(xiàn)裂紋，顯微鏡下觀察橫向裂紋就是止于過燒組織和正常組織的分界處?？v向裂紋形態(tài)是沿著鍛造變形方向開裂，裂紋周圍無過燒現(xiàn)象，裂紋兩側(cè)組織相同。但靠里位置的共晶碳化物分布極不均勻，按標(biāo)準(zhǔn)圖譜評定可達5～6級網(wǎng)系，不符合協(xié)議要求的≤3.5級。金相圖片見圖1～圖8。

表1 Cr12MoV鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 1 The chemical composition of Cr12MoV steel(mass fraction ,%)

表2 鍛后表面質(zhì)量及共晶碳化物不均勻度Table 2 The surface quality after forging and non-uniformity of eutectic carbide

根據(jù)檢驗結(jié)果，初步得出以下結(jié)論：由于鍛造加熱溫度偏高，在鋼錠局部出現(xiàn)過燒和過熱情況。另外從共晶碳化物不均勻度的檢測結(jié)果來看，大量的鑄態(tài)網(wǎng)系共晶碳化物沒被打碎，不符合協(xié)議要求。

根據(jù)理化分析結(jié)果，結(jié)合實際生產(chǎn)工藝，認為Cr12MoV鋼錠在鍛造后表面出現(xiàn)較深裂紋及共晶碳化物不均勻度超標(biāo)主要有以下原因：

(1)煉鋼時合金加入量大，成分均勻性差，澆注溫度偏高。

圖1 鍛件表面裂紋Figure 1 Surface cracks of forging 圖2 低倍試片上裂紋形貌Figure 2 Crack appearance of macroscopic test piece

圖3 晶界氧化裂紋沿晶擴展(50×)Figure 3 The oxidation crack on grain boundary extended along the grain (50×)圖4 沿晶氧化(50×)Figure 4 Intergranular oxidation(50×)

圖5 拋光態(tài)網(wǎng)狀碳化物(50×)Figure 5 Network carbide at polished state(50×)圖6 裂紋兩側(cè)組織不同(50×)Figure 6 The different structures on both sides of crack(50×)

圖7 晶界共晶萊氏體(200×)Figure 7 Eutectic ledeburite on grain boundary(200×)圖8 共晶碳化物不均勻度(100×)Figure 8 Non-uniformity of eutectic carbide(100×)

(2)鍛造加熱溫度偏高，在鋼錠局部出現(xiàn)過燒。另外，從共晶碳化物不均勻度的檢測結(jié)果來看，由于鍛造工藝選用不當(dāng)，導(dǎo)致大量的鑄態(tài)網(wǎng)系共晶碳化物沒被打碎。

4 改進措施

4.1 優(yōu)化煉鋼工藝

設(shè)定內(nèi)控化學(xué)成分(見表3)，適當(dāng)降低共晶碳化物形成元素C、Cr含量，精煉期合金一次加入量≤1.5 t，加入時間間隔≥15 min，以保證合金熔化均勻，出鋼前弱攪拌時間≥ 15min。適當(dāng)降低澆注溫度，澆注速度按錠身快注、冒口慢注的原則控制。排產(chǎn)前要對鋼錠模內(nèi)壁進行打磨清理，保護渣要拆袋在干燥室內(nèi)烘烤干燥。

4.2 優(yōu)化鍛造工藝

鋼錠脫模后熱送至鍛壓廠，在750～850℃預(yù)熱，加熱溫度按1 100～1 150℃控制，始鍛溫度調(diào)整為1 100～1 000℃，終鍛溫度≥900℃。為了降低鍛造過程中產(chǎn)生的熱量，避免使鍛件溫度升高，鍛造過程中嚴格控制鍛造速度及壓下量，采用輕-重-輕的鍛打方式。

5 工藝改進后生產(chǎn)情況

按照改進工藝生產(chǎn)的Cr12MoV鍛件，共晶碳化物不均勻度基本滿足客戶要求，且表面質(zhì)量和原工藝相比有了大幅度的改善，具體見表4。

表3 Cr12MoV鋼內(nèi)控化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 3 The controlled chemical composition of Cr12MoV steel(mass fraction, %)

表4 工藝改進后的表面質(zhì)量及共晶碳化物不均勻度Table 4 The surface quality and non-uniformity eutectic carbide after improving process

6 結(jié)論

實踐證明，通過內(nèi)控化學(xué)成分，將C、Cr化學(xué)成分控制在中下限，降低注溫，澆注速度按錠身快注、冒口慢注的原則控制，并適當(dāng)降低鍛造加熱溫度及終鍛溫度，控制鍛造速度以及壓下量，使Cr12MoV鍛件表面質(zhì)量及共晶碳化物不均勻度得到大幅度的改善，基本滿足客戶的技術(shù)要求。

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