管板類鍛件常見缺陷分析及預(yù)防

李勤 浙江遠(yuǎn)大重工鍛壓有限公司

管板類鍛件的生產(chǎn)水平是衡量國家工業(yè)發(fā)展水平的重要參考，只有管板類鍛件的生產(chǎn)能力及水平能夠滿足裝備制造業(yè)發(fā)展生產(chǎn)的需要，才能推動國家工業(yè)化水平向更高層次邁進(jìn)。在提高管板類鍛件生產(chǎn)水平的過程中，對管板類鍛件生產(chǎn)常見缺陷的分析，及預(yù)防措施的研究必不可少，具有重要意義。

一、管板類鍛件常見缺陷分析

在管板類鍛件常見缺陷之中，影響較大的是RST效應(yīng)，即剛性滑動撕裂，由此產(chǎn)生的夾雜性裂紋會造成廢品率的提高，造成經(jīng)濟(jì)的重大損失。夾雜一方面來自于冶煉過程中的內(nèi)在夾雜上浮不充分，另一方面則是混入了過多的耐火材料，所以夾雜的存在是造成管板類鍛件常見缺陷的主要因素之一。

有研究表明，在高溫（溫度超過1000℃）狀態(tài)下，非金屬夾雜的塑性會降低，通過再結(jié)晶可以有效消除已經(jīng)出現(xiàn)的夾雜性裂紋。但是，當(dāng)夾雜性裂紋不能在外力的作用下消失時，夾雜性裂紋可能會產(chǎn)生聯(lián)結(jié)，使得形變增加，從而因缺陷致廢。為此，在討論管板類鍛件常見缺陷問題時，應(yīng)該把防止夾雜性裂紋聯(lián)結(jié)作為重點。

二、管板類鍛件常見缺陷出現(xiàn)原因

通常情況下，管板類鍛件的生產(chǎn)要經(jīng)過原材料采購、鋸切、鍛造、熱處理、機(jī)加工、理化檢測、表面處理等處理，使用的設(shè)備包括壓機(jī)、電液錘、輾環(huán)機(jī)、空氣錘、刨銑床、數(shù)控鉆床、立車、臥車、大型熱處理設(shè)備（電爐）、天然氣加熱爐、檢測設(shè)備、無損檢測設(shè)備等。

而比較容易出現(xiàn)管板類鍛件缺陷的處理工藝是原材料采購、加熱處理、下料過程、鐓粗、定形和鍛后熱處理。

（一）原材料采購的常見缺陷原因

原材料質(zhì)量的合格直接關(guān)系到管板類鍛件的質(zhì)量合格，為此要嚴(yán)格控制原材料采購的過程，避免鋼錠等原材料的碳化物、硫化物含量超標(biāo)，含氫率過高等情況的存在。如果所購買的鋼錠等原材料的碳化物、硫化物、含氫率超標(biāo)，則會使得生產(chǎn)之后的管板類鍛件夾雜缺陷明顯，塑性嚴(yán)重不足。

（二）加熱處理的常見缺陷原因

加熱處理過程中出現(xiàn)常見缺陷的原因較為復(fù)雜。首先，加熱處理的過程中，容易出現(xiàn)氧化、脫碳、滲析等外層組織化學(xué)變化類的缺陷，這是因為介質(zhì)引起了坯料的化學(xué)反應(yīng)，以及坯料在加熱過程中受熱不均，另外，受熱不均還會引起坯料因內(nèi)應(yīng)力超過極限而開裂。其次，半成品回爐進(jìn)行加熱處理時，內(nèi)部所存在的夾雜裂紋會被忽略，由此錯過了溫度對夾雜裂紋的修復(fù)，使其不能被有效填充，由此為后期塑性夾雜性裂紋密集出現(xiàn)埋下隱患伏筆，造成報廢。最后，因終鍛時對溫度、火次的控制不足使得管板類鍛件因過熱、未熱透等原因出現(xiàn)缺陷，極易因為RST效應(yīng)。

（三）下料過程的常見缺陷原因

下料過程中常見的缺陷有時是由于誤解引起,這種誤解集中表現(xiàn)在進(jìn)行鍛壓施工時,往往只注重確定鐓粗鍛比,而忽略了下料之前拔長鍛比所起到的壓實作用,使得內(nèi)部孔洞鍛合不能完全進(jìn)行，從而導(dǎo)致夾雜物成片出現(xiàn)，造成廢品率提高.另外，還有一種情況也會使廢品率提高,那就是當(dāng)原料鋼錠底部或冒口切除量過大或不足時,也會使夾雜物在冒口位置聚集，由此使得沉積物聚積而報廢。拔長工序的使用直接決定了鐓粗效果，如果不使用拔長工序，很容易造成密集形缺陷。

（四）鐓粗的常見缺陷原因

鐓粗是管板類鍛件最為常用的生產(chǎn)方法，工藝的操作簡單，適用性強(qiáng)。雖然如此，在進(jìn)行鐓粗操作之前，需要進(jìn)行其他操作以為鐓粗操作的使用創(chuàng)造條件，如果直接進(jìn)行鐓粗操作，容易造成夾心塑性夾雜，形成缺陷。

（五）定形的常見缺陷原因

管板類鍛件的定形一般需要整體操作與局部操作，整體工藝為鐓粗。在局部鐓粗使用的過程中，較為常用的操作工藝是轉(zhuǎn)砧法和排砧法，其中使用較為廣泛的是轉(zhuǎn)砧法，這主要是由于轉(zhuǎn)砧法在使用的過程中簡單實用的特性突出，出現(xiàn)夾雜性缺陷的可能較小，有利于控制裂紋的出現(xiàn)。但是，任何方法在使用時都要根據(jù)規(guī)范進(jìn)行，轉(zhuǎn)砧法也不例外，不過在具體操作的過程中不按照規(guī)范進(jìn)行，就會使得缺陷出現(xiàn)，夾雜增多，提高報廢率。

（六）鍛后熱處理的常見缺陷原因

管板類鍛件本身具有耐熱性高，耐腐蝕的特點，在生產(chǎn)工藝上對鍛后熱處理有所要求。為此，一旦不能對管板類鍛件進(jìn)行及時的鍛后熱處理，就可能使得管板類鍛件中含有的氫氣形成白點，或者在快速冷卻的過程中，使得內(nèi)外溫度失衡，因溫度不均勻造成內(nèi)應(yīng)力失去控制，從而產(chǎn)生裂紋，造成探傷報廢。

三、管板類鍛件常見缺陷預(yù)防措施

管板類鍛件常見缺陷的預(yù)防措施主要包括保證原材料質(zhì)量，保證熱處理工藝水平，確保變形量。具體分析如下：

（一）保證原材料質(zhì)量

鋼錠是管板類鍛件生產(chǎn)的主要原材料，在控制質(zhì)量方面，一方面是對鋼錠本身所含元素進(jìn)行控制，避免碳、硫、氫含量的超標(biāo)，另一方面是控制冶煉、澆注的工藝，保持干燥潔凈。

一般情況下，管板類鍛件所使用的鋼錠多為電渣重溶和鎮(zhèn)靜處理鋼錠，其中難免會有夾雜物，為降低夾雜物對管板類鍛件的影響，應(yīng)在使用爐料時控制干燥潔凈，改善冶煉與澆筑的工藝。

（二）保證熱處理工藝水平

管板類鍛件對于熱處理工藝的要求較高，不同的鋼錠種類對于熱處理工藝的要求也有所差別。對于半成品返爐的操作，應(yīng)利用高溫條件對探傷可見的裂紋進(jìn)行修復(fù)，確保裂紋經(jīng)熱處理后得到填充。在進(jìn)行終鍛時，對火次、溫度、變形量等的控制十分關(guān)鍵，在這一階段當(dāng)中，由于管板類鍛件的變形相對較小，所以要對溫度適當(dāng)控制，保證加熱均勻，以確保不發(fā)生RST效應(yīng)，不發(fā)生粗晶、混晶的情況，以保證質(zhì)量水平。

（三）確保變形量

確保變形量主要涉及兩個部分，一是在下料的過程中，二是在成形的過程中。

在下料過程中確保變形量。下料是管板類鍛件進(jìn)行鐓粗的基礎(chǔ)，下料過程中應(yīng)對兩端的切除量進(jìn)行控制，防止管板類鍛件中各種元素激烈變化，出現(xiàn)嚴(yán)重偏析、二次縮孔等問題。當(dāng)碳、硫等元素物質(zhì)的含量超標(biāo)時，塑性夾雜會由分散狀態(tài)變?yōu)檫B片狀態(tài)，從而提高報廢率。而且，下料倒棱會由于壓下量不足造成對中心不實，拔長比與鐓粗比不大時，變形的程度會不足，也會使得管板類鍛件的中心壓實不足。對鋼錠的充分壓實，才能確保中心等軸晶粒與鑄態(tài)組織被打破，從而改善中心部位缺陷與夾雜的情況。為了保證變形量，避免出現(xiàn)下料過程中的塑性夾雜與RST效應(yīng)，許多企業(yè)主要使用反做法對管板類鍛件進(jìn)行下料的研究。

在成形過程中確保變形量。成型過程中控制管板類鍛件的要點是控制開始與最終鍛鑄時的溫度，一方面是修復(fù)前期產(chǎn)生的塑性夾雜裂紋，另一方面則是以此控制成形變形量。成形過程中加熱不均的情況一旦發(fā)生，就會發(fā)生混晶、無變形粗晶等問題，為此，對于溫度的控制一定要既把握時間，也把握均勻性與溫度。成形中進(jìn)行鍛后熱處理時，能夠提高力學(xué)性能，消除殘余應(yīng)力，降低內(nèi)部不均勻性細(xì)化，為后續(xù)加工打好基礎(chǔ)。

結(jié)語：管板類鍛件的常見缺陷主要是指夾雜性裂紋，夾雜性裂紋的出現(xiàn)能夠直接反應(yīng)出鍛件內(nèi)部的變形分布不均、應(yīng)力狀態(tài)不合理等問題，當(dāng)夾雜性裂紋聯(lián)結(jié)匯合后，會因為探傷超標(biāo)而直接導(dǎo)致管板類鍛件的報廢。為此，在進(jìn)行管板類鍛件生產(chǎn)的過程中，要通過控制原材料質(zhì)量、保證熱處理工藝水平、確保變形量等方法保證鍛造工藝，提高鍛件質(zhì)量，為實現(xiàn)更好地發(fā)展，應(yīng)大力推動技術(shù)升級與創(chuàng)新。