185 MN油壓機缸體鍛件內部質量分析

劉鐵山 宋亞虎 郭亞森 孫勝偉 周維興 劉秋堂

(中信重工機械股份有限公司計量檢測中心，河南471039)

我公司用材質28NiCrMoV8-5的125 t鋼錠生產185 MN油壓機上的缸體鍛件。為了解和掌握大型鋼錠及鍛件內部的冶金質量及鍛造工藝的執(zhí)行情況，同時為以后生產更大等級的鋼錠和鍛件積累經驗和數據，特將185 MN油壓機缸體鍛件中間沖脫部分進行解剖，分別進行低倍試驗、化學成分分析、夾雜物檢驗、金相組織分析。

1 生產工藝簡介

1.1 冶煉及澆注

使用30 t電爐和80 t電爐進行初煉鋼水共132 t，合成一包，用150 t鋼包精煉爐盛裝，分別進行精煉處理和真空碳脫氧處理，最后通過80 t中間包進行真空澆注，鋼水成分的技術要求如表1所示。

1.2 鍛造及鍛后熱處理

鋼錠經過84 MN水壓機鍛造，首先進行鐓粗H=1 730 mm，?2 650 mm，用1 500 mm寬砧進行WHF法拔方口1 660 mm×L，參數見表2。滾圓?1 740 mm×L，下料?1 740 mm×3 650 mm，鐓粗H=1 800 mm，?2460 mm，沖孔?800 mm，最后把沖脫部分進行正火(空冷)處理。

表1 化學成分(質量分數，%)Table 1 Chemical composition(mass fraction, %)

表2 WHF法拔方口參數Table 2 Technological parameter by WHF

2 解剖試驗

2.1 低倍試驗

在鍛件圓柱形的沖脫部分自直徑處用刨床取下長×寬×厚為2 200 mm×460 mm×20 mm的完整大鋼板，然后將其分割成8塊低倍試片。我們把這8塊低倍試片分別進行磨削，使表面粗糙度Ra達到0.8 μm～1.25 μm(光潔度▽7)，然后進行熱酸洗。熱酸洗之后用數碼相機進行照相，最后在電腦上對圖片進行拼接，拼接圖片如圖1所示。試片上端是冒口端，下端是水口端。熱酸洗后的試片腐蝕的深淺不一，但未對觀察造成影響，經過以上程序后，可以觀察得到如下結果：

(1)在低倍試片上，未發(fā)現肉眼可見的夾雜、縮孔、白點、裂紋等不允許存在的缺陷。

(2)鍛造后，沖脫部分上端仍保留鋼錠中冒口端V型偏析帶。

圖1 低倍試片整體拼接圖Figure 1 Whole splicing diagram of test piece for macrography

(3)沖脫部分下端有樹枝晶存在，并伴隨有一般疏松。

(4)沖脫部分未發(fā)現柱狀晶，大都為等軸晶。

2.2 化學成分

我們從沖脫的鍛件中選定了91個點，進行各種化學成分分析。這91個點遍布從中心到邊緣，從水口端到冒口端的各個部位，各點位置及編號見圖2所示。分析結果見表3～表9。

根據分析結果，我們可以得出如下結論：

(1)各種元素在鋼錠冒口端(上部)含量均較水口端(下部)要高。且大多數元素的含量在E行附近處達到峰值。

(2)整體偏析嚴重的元素有C和S；小區(qū)域局部偏析嚴重的元素有Cr、Ni和P；基本不偏析的元素有Mo和V。

圖2 取樣位置及其編號Figure 2 Sampling location and number

表3 C元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 3 Distribution of C content(mass fraction, %)

表4 S元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 4 Distribution of S content(mass fraction, %)

表5 P元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 5 Distribution of P content(mass fraction, %)

表6 Cr元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 6 Distribution of Cr content(mass fraction, %)

表7 Ni元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 7 Distribution of Ni content(mass fraction, %)

2.3 非金屬夾雜物

將所取的91個試樣制備后，在100倍的金相顯微鏡下進行觀察，了解夾雜物的分布情況并進行定性、定量分析。過去有不少軸類和其他大型鍛件的毛坯粗探傷時，會發(fā)現有大量的夾雜物超標，造成鍛件不合格報廢，因此，我們對缸體鍛件沖脫部分的夾雜分布及其性質進行全面細致的分析。

表8 Mo元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 8 Distribution of Mo content(mass fraction, %)

表9 V元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 9 Distribution of V content(mass fraction, %)

我們首先對每個試樣上的夾雜物進行定性、定量分析，然后按照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定-標準評級圖顯微檢驗法》進行評級，結果見表10。通過評級，我們可以歸納得出如下結論：

(1)鋼錠中的非金屬夾雜物的類型主要有：A類(硫化物類)、B類(氧化物鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D類(球狀氧化物類)。

(2)鋼錠中某些部位有個別大的脆性夾雜物，其中最大的氧化物類夾雜物評2.5級，其它脆性夾雜物尺寸較小評0.5級，有少量的硅酸鹽類夾雜物，硫化物類夾雜較少。

(3)氧化物類非金屬夾雜物主要集中在上部冒口部分，硅酸鹽類不變形夾雜物主要在鋼錠的下部水口部分。

2.4 金相組織

為了了解鍛件內部顯微組織情況，我們將制備好的試樣經4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在100倍下進行觀察。觀察發(fā)現：組織為F+P，晶粒細小，中心區(qū)域組織相對均勻，沖脫鍛件邊緣有帶狀偏析。典型照片見圖3。

表10 部分縱截面上夾雜物的評級結果Table 10 Inclusion evaluating results

圖3 金相照片Figure 3 Microstructure photography

3 結論

通過對解剖試樣進行低倍試驗、化學成分分析、夾雜物檢驗和金相組織分析等試驗方法，初步得出以下結論。

(1)整體偏析嚴重的元素有C和S；局部偏析嚴重的元素有Ni、Cr和P；基本不偏析的元素有Mo和V。

(2)鍛件內部未發(fā)現肉眼可見的夾雜、縮孔、白點、裂紋等不允許存在的缺陷。但一些偏析帶在鍛件中的某些部位仍然存在。

(3)鍛件內部組織致密，晶粒細小，夾雜物細小而分散。

以上結論說明，該125 t大型鋼錠的冶金質量優(yōu)良，鍛造工藝合理，它為制造出高質量的185 MN油壓機缸體打下了良好的基礎。上述結論也說明了采用“EBT 初煉—LF精煉—VCD處理—VC真空澆注”的工藝方案可以生產出冶金質量優(yōu)良的大型鋼錠，這也為185 MN油壓機生產出高質量的鍛件奠定了基礎。

[1] 徐彥和.大型鋼錠及鍛件的解剖.大型鑄鍛件，1982.