非金属夹杂物对锻造裂纹形成的影响.doc

非金属夹杂物对锻造裂纹形成的影响张全新(重庆钢铁研究所，重庆 400084) 摘 要：通过钢坯非金属夹杂物的金相观察，对钢坯产生锻造裂纹的原因进行了分析和讨论。结果表明，较多的非金属夹杂物是导致钢坯锻造开裂的主要原因，并在锻造工艺上提出了预防措施，控制和降低非金属夹杂物的含量。关键词：非金属夹杂物 锻造裂纹Effect of Nonmetallic Inclusion on Generation of Forging CrackZHANG Quan-xin（Chongqing Iron and Steel Research Institute，Chongqing 400084，China）Abstract：The reason of forged cracking of billet was analyzed and discussed by metallography examination nonmetallic inclusion. The results showed that these forged cracking are resulted from existence of much nonmetallic inclusion in billet. Prevention measures of forged process was proposed，to control and reduce the content of nonmetallic inclusion.Keywords：nonmetallic inclusion forged crack1 问题的提出 我所中频炉冶炼、电渣重熔的高速钢W6Mo5Cr4V2Al经锻造后在超声波探伤中发现钢坯产生了一些内裂，致使锻造成材率下降。为探讨钢坯内裂原因，以利于冶炼、锻造工艺的改进，我们对该材料的非金属夹杂物进行金相观察分析。2 金相观察从锻件心部截取试样（共17件），经预磨抛光后观察其纵面，并参照GB1056189标准进行评级，评定结果见表1。表1 各试样的非金属夹杂物评定Table 1 Nonmetallic inclusion examination of different sample锻坯规格样号B类级别(氧化铝类)D类级别(球状氧化物类)夹杂物最大尺寸(m)有锻造裂纹(150锻至60)1B2.5D1.5112B2.5D1.5e173B2D1.594B1.5eD2e305B2D2.5126B2.5D2.5e177B2.5D1.5118B2.5D2e139B3D313无锻造裂纹(150锻至60)10111213B1.5eB1B1B1eD1.5eD1.5eD1.5eD1.5e13171513有锻造裂纹(125锻至45)1415B1B1D2eD2e2022无锻造裂纹(125锻至45)1617B1eB1D1.5eD2e15203 分析与讨论钢的冶炼、浇注及凝固结晶是一个复杂的物理化学过程，非金属夹杂物的化学组成、数量和分布状况与所用炉料的成分和纯净度密切相关，并随耐火材料与嵌填物的质量、金属的熔炼方法、熔炼期间的成渣状态，特别是脱氧情况、浇注方法和条件等因素而改变。因此钢中非金属夹杂物的来源主要是：第一，脱氧、脱硫物质，特别是比重大的产物没有及时排除。第二，随着钢液温度降低，杂质元素的溶解度相应下降，于是这些不溶解的杂质元素就呈非金属化合物的形式析出于钢中。第三，带入钢液中的炉渣、熔渣或耐火材料。第四，钢液被大气氧化所形成的氧化物。因此钢中存在非金属夹杂物通常是不可避免的，并且认为是有害的。这是因为当夹杂物以群集、连续网络或以串链状存在时将破坏母体金属的连续性，从而降低金属材料的塑性和强度。尖角壮夹杂物易导致应力集中，使其在经受压力加工或其它加工时易在夹杂物处形成裂纹。不论炼钢技术怎样改进，钢中总会含有一定量的非金属夹杂物，但如何尽量降低其含量，控制其适宜的分布、形态、大小或组成，减少或消除它对钢的性能和质量的不利影响则需要我们不断地从工艺技术上进行摸索和探讨。以上已谈到钢中存在非金属夹杂物难以避免，但夹杂物的危害性取决于它们存在于母体金属中的形状、大小、分布状况以及熔点和其它物理化学性质。金相观察结果表明，锻坯试样中存在的非金属夹杂物类型有Al2O3、SiO2、硅酸盐类及少量的Cr2O3，形态主要是球状、颗粒状、多边形、三角形及矩形等。在锻裂试样中可见裂纹形成于非金属夹杂物群集分布区，并可见裂纹沿夹杂物分布方向延伸扩展。分别见图1、图2、图3。150钢锭锻造成的60方坯产生锻造裂纹的非金属夹杂物级别一般高于锻造无裂纹的非金属夹杂物级别；但125钢锭锻造成的45方坯锻裂和无裂的试样非金属夹杂物级别无显著差异。因此，我们认为非金属夹杂物只是锻造裂纹产生的原因之一而非唯一因素。如图1、图2所示的非金属夹杂物的分布状态、形貌有可能促使锻造裂纹的形成和扩展，但锻造工艺操作对锻造裂纹形成的影响不容忽视。我所高速钢锻造产生中心裂纹的现象比较严重，一方面材料心部冶金缺陷相对较为集中，另一方面高速钢本身就有较多的碳化物，特别是心部的共晶碳化物级别相对较高，而且这类钢具有塑性低、变形抗力大、导热性较差等特点，在锻造加热及操作中稍有不慎即有可能在其较薄弱的区域产生裂纹，因此要避免高速钢锻造裂纹的产生，在不断改进冶炼工艺，提高材料冶金质量的同时，还应注意锻造工艺质量，特别是加热温度、保温时间、变形温度、变形速度，以及锻后冷却及时退火等诸方面均不能忽视。如果锻造加热温度过高，保温时间过长，就会引起过热、过烧造成晶粒的长大和晶界的弱化，很容易导致开裂，因为较大尺寸的晶粒会有利于锻造裂纹沿晶界扩展。但锻造温度过低，又会由于钢坯的强度较高、塑性不足、变形抗力过大而导致开裂。高速钢在加热中未烧得透，钢坯内外温度不均匀，在锻造过程中心部与表面的变形和组织不均，形成内部附加应力，也是造成其中心裂纹或对角线裂纹的重要因素之一。而锻造变形速度过快，将使材料的可锻性降低，使其塑性下降，变形抗力增加，也易在锻造过程中形成裂纹。Fig.1 Microscopic appearance of nonmetallic inclusionFig.2 Pile of oxide inclusion in crack source zoneFig.3 Microscopic appearance of SiO2 inclusion4 结论4 1非金属夹杂物是造成锻造裂纹的重要因素之一，但并非唯一因素。42不断提高冶炼和锻造工艺质量，以减少和控制非金属夹杂物对钢的不利影响是不可忽视的重要环节。参考文献崔忠圻. 金属学与热处理 北京：机械工业出版社，1989金相检验 上海：上海