30Cr2Ni4MoV低壓轉(zhuǎn)子缺陷分析

范雪夫

(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部，黑龍江161000)

低壓轉(zhuǎn)子被廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)的高背壓供熱系統(tǒng)[1-3]，轉(zhuǎn)子鍛件是火電設(shè)備四大鍛件之一，是大型軸類鍛件的典型代表[4]。由于它工作在高溫、潮濕的環(huán)境中，工作時(shí)受力條件復(fù)雜[5]，所以，對(duì)它的質(zhì)量要求很高。因此，本文針對(duì)不同錠型的聯(lián)合轉(zhuǎn)子鍛件在粗加工后，有部分鍛件因超聲檢測(cè)缺陷超標(biāo)而報(bào)廢的情況，選擇一組報(bào)廢料進(jìn)行定性缺陷分析，以確認(rèn)其缺陷的性質(zhì)，便于優(yōu)化工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用30Cr2Ni4MoV的鋼材，其化學(xué)成分要求如表1所示。

1.2煉鋼工藝

采用LVCD+VCD的工藝路線，即電爐提供粗煉鋼水，LF爐采用白灰與螢石造渣，用適量硅石調(diào)整爐渣堿度，用碳粉擴(kuò)散脫氧，真空脫氣處理，最后真空上注、鋼錠熱送。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements(mass fraction,%)

1.3 檢測(cè)方法

如圖1所示，分別對(duì)A、B、C部位進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)A部存在?3 mm～?5 mm密集缺陷，深度873 mm～1053 mm，最大反射量?7 mm；B部存在?2 mm～?4 mm密集缺陷，深度146 mm～372 mm，最大反射量?7 mm；C部距O點(diǎn)970 mm范圍內(nèi)存在?2 mm～?3 mm密集缺陷，深度為表面至60 mm；其他可探部位未發(fā)現(xiàn)記錄缺陷。冒口端缺陷位于小軸表層區(qū)域，水口端缺陷基本位于小軸中間位置，因此，分冒、水口兩部分制定不同取料方案，根據(jù)無(wú)損檢測(cè)時(shí)確定的缺陷深度，套取相應(yīng)試樣并壓斷，在掃描電鏡下進(jìn)行斷口夾雜物分析。

圖1 無(wú)損檢測(cè)示意圖Figure 1 Schematic diagram of nondestructive test

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀形貌

低壓轉(zhuǎn)子鋸開后的斷面光潔度差，肉眼并未發(fā)現(xiàn)有明顯的可見缺陷。冒口端發(fā)現(xiàn)一段表面缺陷，呈密集條狀分布，在缺陷嚴(yán)重部位用鉆床套取3個(gè)試樣，編號(hào)為1#、2#、3#。

水口端B面在車床單邊加工深度150 mm的過(guò)程中及加工結(jié)束后肉眼并未發(fā)現(xiàn)明顯夾雜物，加工結(jié)束后無(wú)損檢測(cè)確定3處缺陷，缺陷深度分別為70 mm、55 mm和80 mm。用鉆床在標(biāo)記位置處沿徑向垂直套取試樣，編號(hào)為1-1#、2-1#、3-1#。

2.2 微觀組織

分別取冒口端和水口端任意一個(gè)試樣進(jìn)行顯微組織觀察，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)在金相二維面上缺陷呈雜亂曲線交叉密集分布，曲線內(nèi)堆積著大小不一的顆粒狀?yuàn)A雜物，因此確認(rèn)該缺陷的性質(zhì)為夾雜類缺陷。

2.3 斷口分析

圖3為冒口端3個(gè)試樣斷口形貌及微區(qū)成分分析，斷口心部存在條帶，具有明顯的方向性。在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)條狀缺陷內(nèi)分布有大小不一的顆粒狀?yuàn)A雜物，條帶內(nèi)均存在細(xì)碎的顆粒。經(jīng)能譜成分分析顯示，細(xì)碎顆粒主要成分為Ca、Si，伴隨有少量Mg、Al等的夾雜物，且呈條帶狀密集分布，斷口表面未發(fā)現(xiàn)其它缺陷。

(a)冒口端(b)水口端

圖3 冒口端斷口形貌及能譜分析Figure 3 Morphology and energy spectrum analysis of the fracture atthe riser end

圖4 水口端斷口形貌及能譜分析Figure 4 Morphology and energy spectrum analysis of the fracture at the nozzle end

圖4為水口端三個(gè)試樣的斷口形貌及微區(qū)成分分析，肉眼可見心部存在條帶，方向性明顯。在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)條帶內(nèi)存在大量顆粒，經(jīng)能譜分析顯示，顆粒主要成分為Ca、Si、Al等，部分區(qū)域含有相當(dāng)量的Mg、F及很少量Na、K等，斷口表面未發(fā)現(xiàn)其它缺陷。

3 結(jié)論

(1)冒口端斷口夾雜物主要是Ca、Si為主，含少量Mg、Al等夾雜，夾雜物成分以硅酸鹽為主。

(2)水口端斷口夾雜物比較復(fù)雜，主要是Ca、Al、Si的氧化物，同時(shí)含有少量Mg、F等夾雜物，部分視場(chǎng)可見純的Mg氧化物。

(3)根據(jù)以上分析認(rèn)為，夾雜物為鋼水內(nèi)部精煉渣澆注后未能充分上浮所致。