20MnMo管板鍛件缺陷分析及鍛造工藝改進

常春青 張 蕓

(太原重工大鍛件分公司， 山西 030024)

20MnMo管板鍛件是餅類鍛件的一種，其鍛造工藝主要以鐓粗為主，質量要求很高，工藝不當就會造成超聲檢測報廢。通過對報廢管板鍛件解剖發現，報廢主要原因是密集型缺陷超標且缺陷沿著鍛造方向分布，而且還存在環形缺陷，但垂直鍛造方向沒有超標缺陷存在。由于20MnMo中最主要的非金屬夾雜物為硫化物、硅鋁酸鹽類以及少量的氧化物夾雜[1]，這就造成在管板鍛造過程中，金屬夾雜物附近極易產生裂紋而導致報廢。本文通過改進原鍛造工藝來控制夾雜物的外貌和減少夾雜性裂紋，從而提高20MnMo管板鍛件的質量。

1 原鍛造工藝

管板的粗加工尺寸為?1 780 mm×475 mm，鍛件尺寸為?1 830 mm×525 mm。鍛造原工藝為：第一火：鋼錠壓把、倒棱、錯底；第二火： 鋼錠鐓粗、FM法拔長；第三火：坯料預鐓粗壓下量為60%、旋轉進砧法雙面碾壓到鍛件尺寸、修正。

2 鍛件缺陷分析

為了準確地分析造成20MnMo管板鍛件嚴重缺陷的原因，選取一件報廢管板，在缺陷嚴重部位鋸取一塊尺寸大約為200 mm×120 mm×100 mm的試樣進行低倍和金相分析。

2.1 低倍檢驗結果

低倍照片顯示垂直主變形方向的缺陷較少，僅僅存在小尺寸的孔洞，主變形方向帶狀偏析嚴重。由此可見，造成鍛件報廢的主要缺陷為帶狀偏析缺陷，并且帶狀偏析組織內分布有較多條帶狀夾雜物，如圖1所示。

2.2 金相分析

從主變形方向局部缺陷高倍金相照片可以看出，管板在鍛壓變形過程后，主變形方向中的條形夾雜物呈現暗灰色，見圖2。這說明這些條狀夾雜物為A型硫化物夾雜，而且大多為MnS塑性夾雜物，掃描結果及其能譜分析結果如圖3所示。此外，管板鍛件中依然存在少量的Al、Mg、Ca的復合氧化物硬質脆性夾雜，這類夾雜物以小顆粒孤立分布，等效直徑約在100 μm內，如圖4所示。

圖2 主變形方向局部缺陷高倍金相照片Figure 2 Microstructure structure of local defect in main deformation direction

由上述分析可知，管板鍛件超聲檢測超標的主要原因為鍛件內部存在MnS等夾雜性裂紋。造成這種情況的原因為餅類鍛件在鐓粗過程中，塑性夾雜尤其是鍛件心部的塑性夾雜，逐漸由球狀、橢球狀變為片狀，鐓粗比越大，則夾雜物成為片狀的可能性越大。這種片狀夾雜物在一定的力學條件下，產生微觀乃至宏觀裂紋[2、3]。

3 改進后新工藝

為了有效阻止夾雜物進入鍛件。在鋼錠裝爐前上錠身鋸去冒口。

圖3 管板鍛件條形夾雜物掃描與能譜成分分析Figure 3 Strip inclusion scanning and energy spectrum analysis of tube plate forging

圖4 管板鍛件顆粒狀夾雜物掃描與能譜成分分析Figure 4 Granular inclusions scanning and energy spectrum analysis of tube plate forging

(1)第一火：鋼錠壓圓，底部端上錠身壓把。水口端壓把，保證了水口端的切除量。壓圓是由于我廠使用的鋼錠為短粗型鋼錠，壓圓到一定高徑比后增加了鐓粗鍛比，同時減少了鍛造過程中的表面開裂，提高鍛件的表面質量。

(2)第二火：鐓粗、拔長、下料。有關資料顯示高徑比H/D在0.6～2.0之間的鋼錠，當鐓粗變形量為50%時內部微夾雜性裂紋開始聚合。考慮到后續變形對鍛件心部夾雜延展的進一步作用，鋼錠的預鐓粗變形量應控制在40%左右為宜。同時采用FM法拔長，壓實鋼錠的空洞，消除疏松性缺陷。

(3)第三火：坯料鐓粗、碾壓成形。坯料鐓粗變形量控制在40%左右，同時采用上錐面鐓粗板雙面進行鐓粗。改變鐓粗時的難變形區，控制夾雜物的進一步富集。采用旋轉碾壓法碾壓成形，在控制鍛件內部的夾雜物形貌并控制夾雜性裂紋方面旋轉進砧法為優選的大型餅類鍛件工藝方案[4]。同時提高始鍛溫度，降低終端溫度，控制晶粒度。

4 結論

(1)傳統的鍛造工藝僅考慮打碎鋼錠的鑄態組織，消除孔洞性缺陷，在控制夾雜物的外貌和減少夾雜性裂紋方面考慮較少，導致管板的報廢率高。

(2)通過控制鋼錠水口、冒口端夾雜進入鍛件，控制鐓粗變形比，采用上錐面鐓粗板雙面進行坯料鐓粗，采用旋轉進砧法，提高始鍛溫度，降低終端溫度等措施有效地解決了此類鍛造缺陷。采用新鍛造工藝，合格率提高到98%。

[1] 倪利勇，王傲冰.大型餅類鍛件鍛造工藝研究綜述[J].大型鑄鍛件，2007(6):44-46.

[2] 韓靜濤.大型餅類鍛件夾雜性裂紋形成機理及控制鍛造工藝[J].北京：清華大學博士學位論文，1995.

[3] 韓靜濤，許樹森，陳剛.大型鍛件的夾雜性裂紋與控制鍛造工藝[J].鋼鐵，1997，32(3)：33-39.

[4] 韓靜濤.控制大型餅類鍛件夾雜性缺陷的鐓粗成形工藝研究. 大型鑄鍛件，2007(1).