支承輥鍛造橫裂紋分析研究

楊威，王昂，高鑫

1.中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司 河北邢臺 054000

2.軋輥材料國家重點實驗室 河北邢臺 054000

1 序言

裂紋是當前影響鍛造生產發展和鍛件質量的突出問題，也是鍛造行業所研究討論的重點內容。隨著新材質和鍛造工藝的研究，鍛造中的裂紋也呈現諸多不同的表現形式，如密集龜裂、縱裂及橫裂紋等。2019年VC支承輥產品鍛造鐓粗時縱裂紋較為嚴重，人工清理難度大。通過對生產工藝優化，提高夾雜物控制及鋼錠表面質量后裂紋得到明顯改善，但鍛造過程仍存在橫裂紋問題。

我公司VC鋼錠采用天然氣加熱，加熱溫度1240～1260℃，VC鋼錠噸位較大，一般在50t以上，采用三火次鍛造、第一火次冒口壓鉗把；第二火次墩粗、拔長；第三火次成品鍛造。一般VC鋼錠在第二火次拔長后，表面會出現密集的橫裂紋特征，且在一側表面較為明顯，而該類裂紋在墩粗過程中不明顯。第二火次拔長后，鋼錠表面密集裂紋狀態如圖1所示。

圖1 鋼錠表面密集裂紋狀態

該支鋼錠在第二火次鍛造完畢，裝爐退火處理后，對表面進行取樣檢測。

2 過程返查

一般認為出現橫裂紋或面積性龜裂與兩方面有直接關系。

1）殘余元素超標，包括Cu、As超標等，在鐓粗或拔長過程中會出現面積性龜裂[1]。因此，對裂紋嚴重的區域進行取樣，光譜分析結果見表1。

表1 裂紋嚴重區域光譜分析結果（質量分數）（%）

經化學成分檢測，未發現明顯有害元素超標的現象。

2）鍛造加熱溫度過高所導致的過燒。早期，鍛壓分廠在鋼錠加熱過程中曾出現一側過燒所導致的嚴重縱裂問題，鋼錠改鍛后損失嚴重，但此支鋼錠鐓粗過程未發現裂紋，返查加熱溫度并未發現超標現象。

3 檢測分析

3.1 金相分析

（1）正常位置 在鋼錠表面無裂紋位置檢測金相，打磨亮點深度1～2mm，組織為珠光體+少量碳化物，未發現夾雜物[2]，如圖2所示。

圖2 表面無裂紋位置金相檢測

（2）缺陷位置 在鋼錠表面裂紋嚴重區域檢測金相組織（共3點），打磨亮點深度4～5mm，組織為鐵素體，未發現夾雜物，如圖3所示。

現場金相檢測時，發現整個視場中均為鐵素體組織，未發現珠光體組織，且脫碳層深度明顯比正常部位要深。

（3）缺陷位置取樣 對鋼錠表面裂紋嚴重的區域進行取樣，位置如圖4所示。

圖4 鋼錠表面裂紋

對所取試樣進行高倍金相檢測，如圖5所示，標示區域為鐵素體組織。使用直尺測量，如圖6所示，裂紋附近的鐵素體組織（圖5中亮點區域）深度9～10mm，寬度約10mm。

圖5 標示區域為鐵素體組織

圖6 鐵素體組織深度

對比圖7、圖8兩張照片可以看出，其裂紋兩側的鐵素體組織區域大小明顯不同，且圖5（紅線）中標出的區域為鐵素體組織外，其他均為珠光體組織。試樣金相顯示鐵素體區域的晶粒度為6～10級。重新將鋼錠表面檢測出鐵素體組織的亮點深度，打磨至10～12mm，檢測出珠光體組織。

圖7 裂紋位置的組織變化情況

圖8 鐵素體組織

3.2 電鏡分析

裂紋的右側（下部黑線標識）壓斷后，檢測斷口的微觀形貌，如圖9所示。

從圖9可以看出，珠光體組織區域與鐵素體組織區域的金屬光澤明顯不同。對斷口位置進行電鏡檢測，如圖10所示。

圖9 裂紋形貌

斷口照片表明，圖10a中出現疑似石狀斷口形貌[3]，圖10b中珠光體區域斷口未發現解理組織，但斷口表現出鈍化跡象。

圖10 斷口位置電鏡檢測

4 分析

1）鋼錠表面存在嚴重橫裂紋的一側，現場金相共檢測5點（正常位置2點，裂紋位置3點）。發現正常位置的2點均為珠光體組織，而裂紋位置的3點均為鐵素體組織，表明鋼錠表面橫裂紋存在的區域表層均為鐵素體組織。

2）試樣斷口顯示并非脆性斷口的解理組織，鐵素體與珠光體區域均出現過熱跡象。

3）金相檢測裂紋中發現的氧化皮，可能為墩粗過程中，由于鋼錠表面組織問題造成流動性較差，在后續拔長時，部分氧化皮可能被壓入裂紋中。

5 結束語

鋼錠表面橫裂紋區域存在10mm深的鐵素體組織，高溫鍛造性能較差以致表面形成密集橫裂紋，主要原因為鋼錠與燒嘴的對應位置及爐膛局部的氣氛有一定關系[2，4]，需對鋼錠放置的位置進行規范要求，并定期對爐膛氣氛均勻性進行檢測。