20Mn舵系鍛件內(nèi)部貫穿性缺陷分析

周預(yù)平 陳 雄 張慶坤 郭志剛 郭鵬程 馬曉兵 王國棟 銀明輝 謝 梅

(武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司技術(shù)中心，湖北430084)

20Mn舵系鍛件內(nèi)部貫穿性缺陷分析

周預(yù)平 陳 雄 張慶坤 郭志剛 郭鵬程 馬曉兵 王國棟 銀明輝 謝 梅

(武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司技術(shù)中心，湖北430084)

我公司生產(chǎn)的某鍛件內(nèi)部出現(xiàn)貫穿性缺陷。通過電鏡掃描、金相檢測等手段進行分析研究，結(jié)果表明缺陷為氧化鋁夾渣。進一步研究發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)生的原因為：進入鋼錠的耐火材料或保護渣在鍛造拔長過程中形成了貫穿鍛件T、B端的缺陷。

20Mn；氧化鋁夾渣；斷口分析

我公司生產(chǎn)的某鍛件，材質(zhì)為20Mn，粗加工后檢測發(fā)現(xiàn)靠近其中心部位存在貫穿T、B端的缺陷。為了從根本上解決該問題，避免公司生產(chǎn)同類產(chǎn)品時再次發(fā)生質(zhì)量事故而蒙受經(jīng)濟損失，因此公司組織相關(guān)技術(shù)人員對該舵系鍛件內(nèi)部貫穿性缺陷形成的具體原因進行了系統(tǒng)的分析研究。

1 取樣

在該鍛件缺陷密集部位鋸取橫斷試片A，進行低倍試驗。對試片A著色檢測后，截取缺陷密集部位并拉斷，鋸下斷口試塊進行電鏡掃描分析、化學(xué)成分分析和金相分析。該鍛件的缺陷分布情況及試片A的取樣位置見圖1。

圖1 鍛件缺陷分布及試片A取樣位置Figure 1 Defect distribution of forging and sampling location of test piece A

2 試驗結(jié)果

2.1 低倍試驗

試片A經(jīng)過打磨拋光和腐蝕后進行低倍試試驗，驗結(jié)果見表1。

表1 試片A低倍試驗結(jié)果Table 1 Macroscopic test result of test piece A

從表1可以看出，試片A上存在少量疏松和偏析，但均符合國標要求，并未發(fā)現(xiàn)不合格的缺陷。

2.2 著色檢測

為了進一步了解橫截面上缺陷的具體分布情況，對試片A進行了著色檢測，發(fā)現(xiàn)在靠近試片中心部位直徑約為170 mm的圓形范圍內(nèi)存在不符合要求的缺陷。在此區(qū)域鋸下寬度約為20 mm的長條試塊進行后續(xù)研究分析。

2.3 斷口分析

取長條試塊拉斷，再將斷口不用冷卻液干鋸成試塊A1、A2。圖2為試塊A1、A2斷口的宏觀形貌圖。斷口中存在鐵銹的一面為打磨過的低倍試驗面，這是在低倍試驗過程中腐蝕液滲進中間部位從而導(dǎo)致腐蝕生銹的結(jié)果，不是試塊本體內(nèi) 原本存在的?，F(xiàn)選取試塊A1進行電鏡掃描分析，其斷口微觀形貌如圖3所示。

表2 化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 2 Results of chemical composition (Mass, %)

圖2 試塊A1、A2斷口宏觀形貌Figure 2 Macroscopic morphology of fracture of test block A1, A2

圖3 試塊A1斷口微觀形貌Figure 3 Microscopic appearance of fracture of test block A1

由圖2可知，試塊A1、A2宏觀斷口為層狀斷口，且斷口上附著有許多細小的白色顆粒狀渣子。由圖3可知，試塊A1的微觀斷口上有大量脆性夾雜物，初步判斷其為氧化鋁夾雜。

2.4 化學(xué)成分分析

對試塊A2進行化學(xué)成分分析，化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

由表2可知，試塊A2的C含量超出驗收要求，其他元素含量滿足驗收要求。

2.5 金相分析

取試塊A1，在靠近其斷口的縱面上進行金相分析。非金屬夾雜見圖4，組織晶粒見圖5，檢測結(jié)果見表3。

從圖4、圖5及表3可以看出，試塊A1的B類夾雜物嚴重超標，且其組織不均勻，存在2級帶狀組織現(xiàn)象。

圖4 試塊A1的夾雜物Figure 4 Inclusion of test block A1

圖5 試塊A1的組織晶粒Figure 5 Structure grain of test block A1

非金屬夾雜等級ABCD晶粒度等級組織1．530．506珠光體和鐵素體、帶狀2級

3 原因分析

(1)斷口分析和金相分析結(jié)果表明，試塊A1、A2斷口上附著的細小白色顆粒狀渣子為氧化鋁夾渣，它是造成鍛件內(nèi)部貫穿性缺陷的主要原因。該鍛件本體來源于鋼錠冒口端錠身，澆注末期卷入鋼水中的耐火材料或保護渣進入鋼錠后，在其凝固過程中來不及完全上浮，而滯留在鋼錠中上部形成氧化鋁夾渣，且在切除鋼錠棄料時 無法去除干凈，導(dǎo)致夾渣留存在鍛件內(nèi)部，從而在鍛造拔長過程中形成貫穿鍛件T、B端的缺陷。

(2)該鍛件存在2級帶狀組織現(xiàn)象，這是由于鍛造溫度不當(dāng)引起的。當(dāng)終鍛溫度在二相區(qū)(Ar1和Ar3之間)時，鐵素體沿著金屬流動方向從奧氏體中呈帶狀析出，尚未分解的奧氏體被割成帶狀。當(dāng)冷卻到Ar1時，帶狀奧氏體轉(zhuǎn)化為帶狀珠光體，這種組織可通過正火或退火的方法加以消除，但該鍛件未經(jīng)過鍛后熱處理，導(dǎo)致帶狀組織未被消除。

4 結(jié)論

(1)鋼水侵蝕的耐火材料或澆注操作不當(dāng)卷入鋼水的保護渣，進入鋼錠后，在其凝固過程中，來不及完全上浮，留存在鋼錠中上部，切除鋼錠棄料時無法去除干凈，導(dǎo)致氧化鋁夾渣留存在鍛件內(nèi)部，從而在鍛造拔長過程中形成貫穿鍛件T、B端的缺陷。

(2)鍛造溫度不當(dāng)，導(dǎo)致產(chǎn)生2級帶狀組織，鍛后沒有執(zhí)行熱處理工序，以至于帶狀組織沒有通過熱處理消除掉。

編輯 杜青泉

Analysis of Penetrating Defects in Rudder Forging 20Mn

ZhouYuping,ChenXiong,ZhangQingkun,GuoZhigang,GuoPengcheng,MaXiaobing,WangGuodong,YinMinghui,XieMei

The penetrating defects are found in the forging of our company. The defect was determined as alumina slag inclusion after analysis and research by the ways of electron microscope scanning, metallography detection, etc.. Through the further study the reason of defect was found: it is the refractory materials or the mould powder entering the ingot that forms the defect through T and B ends of forging in the process of drawing.

20Mn, alumina slag inclusion, fracture analysis

TG115

B

2017—05—02

周預(yù)平(1978—)，男，本科，高級工程師，主要研究方向為金屬材料及熱處理、基礎(chǔ)技術(shù)研究。