對CrMnMo鋼鍛材“一般斑點狀偏析”的成因分析

文/唐雪萍，李偉林·貴陽金龍鍛造廠

楊接明，張春紅，吳少斌·首鋼貴陽特殊鋼有限責任公司

對CrMnMo鋼鍛材“一般斑點狀偏析”的成因分析

文/唐雪萍，李偉林·貴陽金龍鍛造廠

楊接明，張春紅，吳少斌·首鋼貴陽特殊鋼有限責任公司

本文針對CrMnMo鋼鍛材存在“一般斑點狀偏析”缺陷的質(zhì)里問題，進行了系統(tǒng)性檢測并分析了缺陷的成因，為改進工藝消除低倍斑點狀偏析缺陷提供理論依據(jù)。

CrMnMo鋼鍛材“一般斑點狀偏析”概況

貴陽金龍鍛造廠使用CrMnMo鋼錠加熱鍛制φ310mm鍛材時，在低倍酸浸檢測過程中發(fā)現(xiàn)了“一般斑點狀偏析”（以下簡稱“點偏”）缺陷（圖1），判定為1.5級點狀偏析，一般疏松3.0級，鍛材不合格。

圖1 一般斑點狀偏析

對CrMnMo鋼鍛材點偏的檢測分析

酸浸塔形分析

將帶點偏缺陷的φ310mm鍛材改鍛成φ210mm，取φ210mm×200mm樣坯車削成4級等長臺階（一級φ150mm，二級φ130mm，三級φ110mm，四級φ90mm），做酸浸塔形檢測。其酸浸塔形圖片如圖2、3所示。在鍛材φ110mm、φ90mm兩級臺階上發(fā)現(xiàn)明顯的類似于點偏的縱向暗條，而φ150mm、φ130mm兩級臺階縱向暗條則不明顯。

圖2 酸浸塔形試樣端面低倍點偏形貌

圖3 φ90mm、φ110mm兩級臺階縱向暗條

氣體檢測

為驗證點偏缺陷是否因氣體過飽和而引起，收集了5爐鋼相關(guān)氣體檢測數(shù)據(jù)，氣體含里與低倍點偏、疏松對照見表1。

表1 部分爐號氣體含量與低倍點偏、疏松對照

可見，點偏的出現(xiàn)及級別與鋼中氣體含里并無直接關(guān)系。

金相分析

在酸洗過的低倍試樣上點偏缺陷密集部位切取金相試樣進行高倍分析，拋光試樣高倍輕腐蝕后的宏觀形貌如圖4所示。將該試樣偏析部位標識后再次進行低倍酸浸重腐蝕試驗（1∶1的30%工業(yè)鹽酸+水，80℃加熱15min）。低倍酸浸后試樣橫截面上的白斑變成點偏缺陷，其位置、大小、形狀完全吻合，而縱向截面上的條狀白斑也與腐蝕后形成的缺陷位置完全對應(yīng)。沿點偏缺陷將試樣縱向剖開后，觀察試樣縱面情況，在點偏部位可看到對應(yīng)的縱向條斑。圖5為偏析區(qū)顯微硬度測試位置圖，表2為偏析區(qū)顯微硬度測試數(shù)據(jù)表，測得偏析區(qū)顯微硬度為310～340HV，遠高于基體組織的130～200HV。結(jié)合金相圖（圖6）認為偏析區(qū)組織類似貝氏體組織，基體為珠光體+鐵素體。

圖4 高倍腐蝕橫截面與縱截面宏觀形貌

圖5 偏析區(qū)顯微硬度測試位置圖

表2 偏析區(qū)顯微硬度測試數(shù)據(jù)表

掃描電鏡下觀察，組織明顯存在不均勻。進一步放大倍數(shù)觀察（圖7），通過對點偏缺陷位置處能譜分析，發(fā)現(xiàn)了以MnS為代表的夾雜物的偏聚（表3）。

大樣電解

圖6 點狀橫截面金相形貌（100X）

圖7 縱向偏析組織上的夾雜物（4500X）

取帶點偏缺陷的鍛坯與合格鍛坯各一件，按試驗方法進行大樣電解，并對電解出來的大顆粒夾雜物作能譜化學成分分析。有點偏缺陷的鍛材，每千克電解分離出大于50μm的大顆粒夾雜物0.0009g，而無點偏鍛材電解每千克分離出0.0004g。在后續(xù)的掃描電鏡分析中，電解分離出來的夾雜物毫無規(guī)律，既非硫化物，也不是氧化鋁夾雜，而是一些來源不明的含Na、K、Ti等元素的化合物。

表3 縱向偏析組織上的夾雜物能譜分析

對CrMnMo鋼材點偏的討論與分析

經(jīng)過上述檢試驗分析，對CrMnMo鋼材點偏實質(zhì)及其成因有了進一步的認識，現(xiàn)做如下討論、分析。

排除一般疏松誤判的可能

一直以來，鋼材在酸浸低倍分析時，對鋼材一般疏松和點偏的分析判定常存在相互混淆，可能存在將一般疏松誤判為點偏的現(xiàn)象。

低倍酸浸試驗表明：在φ310mm及其改制成的φ210mm，甚至改制成的100mm×100mm方鍛材上均發(fā)現(xiàn)了級別相當?shù)狞c偏，點偏缺陷并沒有隨鍛比的增大而得以改善；而通常認為一般疏松是可通過加大鍛造比改善的。

同時，通過金相檢測，在顯微鏡下觀察找出暗斑所在位置，并沒有發(fā)現(xiàn)“微小孔隙”和C、S等低熔點組分的富集現(xiàn)象。而且大多暗斑處偏析組織致密，晶粒細化。同時，暗斑缺陷不僅出現(xiàn)在對應(yīng)鋼錠上部（靠帽頭端），有時在對應(yīng)鋼錠中、下部的鋼材上也顯現(xiàn)，這明顯與一般疏松多出現(xiàn)在對應(yīng)鋼錠上部鋼坯的觀點不符。因此，可初步排除酸浸低倍發(fā)現(xiàn)的暗斑非一般疏松誤判的說法。

排除由于氣體過飽和所引起的傳統(tǒng)點狀偏析說法

就傳統(tǒng)點狀偏析的成因，比較統(tǒng)一的說法是：點狀偏析是鋼液凝固后期鋼液中過飽和氣體析出上升，穿過粘稠的鋼液，形成孔隙，而周圍尚未凝固的富集低熔點組分及雜質(zhì)的糊狀鋼液填充這些孔隙后形成的結(jié)果。通常認為形成傳統(tǒng)點狀偏析，［O］需在30PPm以上，甚至有研究者為找出傳統(tǒng)點狀偏析來分析，而從有帽口上漲缺陷的鋼錠來取制，而形成帽口上漲的條件則是［O］超過75PPm。

根據(jù)氣體檢測分析數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)真空冶煉的CrMnMo鋼液，［O］大都低于20PPm，都達不到產(chǎn)生傳統(tǒng)點狀偏析的程度。

排除鋼液純凈度太差，夾雜物偏聚所致形成點狀偏析的說法

經(jīng)大樣電解試驗對比分析，雖然從數(shù)據(jù)來看，有點偏缺陷鍛材的大于50μm的大顆粒夾雜物從數(shù)里上來說是無點偏的兩倍，但是，排除一次試驗得出的數(shù)據(jù)較少，不一定能真實代表鋼坯的實際情況，同時，一方面每千克鍛坯電解分離出大于50μm的大顆粒夾雜物0.0009g是否已“超過”形成傳統(tǒng)點狀偏析的下限，尚無相應(yīng)的文獻資料證明，另一方面，金相掃描電鏡雖然也在點偏缺陷處發(fā)現(xiàn)了大顆粒夾雜物，但也不是普遍存在于所有缺陷處。而點偏缺陷的時有時無，也說明該類缺陷應(yīng)可排除鋼液純凈度太差，夾雜物偏聚所致的可能。

結(jié)束語

根據(jù)試驗分析，結(jié)合鋼錠鍛造生產(chǎn)情況，在排除一般疏松誤判、氣體過飽和、鋼液純凈度太差等因素外，通過金相及能譜分析，點偏處組織有別于基體組織，如晶粒細化，硬度偏高，組織也非珠光體正常組織，從而認為現(xiàn)有的點偏缺陷實質(zhì)是受合金成分偏析導致的組織偏析。

從能譜分析可以看出，該異常組織存在Cr、Mo等合金元素及C的偏聚，據(jù)此可推斷出點偏的形成機理：受連續(xù)生產(chǎn)影響，環(huán)境溫度偏高，散熱慢，影響鋼液的凝固結(jié)晶，造成成分偏析，極可能形成低熔點的碳化物在枝晶間隙偏聚，形成偏析帶（區(qū)域），在后續(xù)鍛造熱加工及保溫緩冷過程中，合金元素的正偏析及碳化物的存在，使偏析帶（區(qū)域）易于發(fā)生組織轉(zhuǎn)變而與基體正常組織不一，形成組織偏析。