185 MN油壓機缸體鍛件內部質量分析

劉鐵山 宋亞虎 郭亞森 孫勝偉 周維興 劉秋堂

(中信重工機械股份有限公司計量檢測中心，河南471039)

我公司用材質28NiCrMoV8-5的125 t鋼錠生產185 MN油壓機上的缸體鍛件。為了解和掌握大型鋼錠及鍛件內部的冶金質量及鍛造工藝的執行情況，同時為以后生產更大等級的鋼錠和鍛件積累經驗和數據，特將185 MN油壓機缸體鍛件中間沖脫部分進行解剖，分別進行低倍試驗、化學成分分析、夾雜物檢驗、金相組織分析。

1 生產工藝簡介

1.1 冶煉及澆注

使用30 t電爐和80 t電爐進行初煉鋼水共132 t，合成一包，用150 t鋼包精煉爐盛裝，分別進行精煉處理和真空碳脫氧處理，最后通過80 t中間包進行真空澆注，鋼水成分的技術要求如表1所示。

1.2 鍛造及鍛后熱處理

鋼錠經過84 MN水壓機鍛造，首先進行鐓粗H=1 730 mm，?2 650 mm，用1 500 mm寬砧進行WHF法拔方口1 660 mm×L，參數見表2。滾圓?1 740 mm×L，下料?1 740 mm×3 650 mm，鐓粗H=1 800 mm，?2460 mm，沖孔?800 mm，最后把沖脫部分進行正火(空冷)處理。

表1 化學成分(質量分數，%)Table 1 Chemical composition(mass fraction, %)

表2 WHF法拔方口參數Table 2 Technological parameter by WHF

2 解剖試驗

2.1 低倍試驗

在鍛件圓柱形的沖脫部分自直徑處用刨床取下長×寬×厚為2 200 mm×460 mm×20 mm的完整大鋼板，然后將其分割成8塊低倍試片。我們把這8塊低倍試片分別進行磨削，使表面粗糙度Ra達到0.8 μm～1.25 μm(光潔度▽7)，然后進行熱酸洗。熱酸洗之后用數碼相機進行照相，最后在電腦上對圖片進行拼接，拼接圖片如圖1所示。試片上端是冒口端，下端是水口端。熱酸洗后的試片腐蝕的深淺不一，但未對觀察造成影響，經過以上程序后，可以觀察得到如下結果：

(1)在低倍試片上，未發現肉眼可見的夾雜、縮孔、白點、裂紋等不允許存在的缺陷。

(2)鍛造后，沖脫部分上端仍保留鋼錠中冒口端V型偏析帶。

圖1 低倍試片整體拼接圖Figure 1 Whole splicing diagram of test piece for macrography

(3)沖脫部分下端有樹枝晶存在，并伴隨有一般疏松。

(4)沖脫部分未發現柱狀晶，大都為等軸晶。

2.2 化學成分

我們從沖脫的鍛件中選定了91個點，進行各種化學成分分析。這91個點遍布從中心到邊緣，從水口端到冒口端的各個部位，各點位置及編號見圖2所示。分析結果見表3～表9。

根據分析結果，我們可以得出如下結論：

(1)各種元素在鋼錠冒口端(上部)含量均較水口端(下部)要高。且大多數元素的含量在E行附近處達到峰值。

(2)整體偏析嚴重的元素有C和S；小區域局部偏析嚴重的元素有Cr、Ni和P；基本不偏析的元素有Mo和V。

圖2 取樣位置及其編號Figure 2 Sampling location and number

表3 C元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 3 Distribution of C content(mass fraction, %)

表4 S元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 4 Distribution of S content(mass fraction, %)

表5 P元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 5 Distribution of P content(mass fraction, %)

表6 Cr元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 6 Distribution of Cr content(mass fraction, %)

表7 Ni元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 7 Distribution of Ni content(mass fraction, %)

2.3 非金屬夾雜物

將所取的91個試樣制備后，在100倍的金相顯微鏡下進行觀察，了解夾雜物的分布情況并進行定性、定量分析。過去有不少軸類和其他大型鍛件的毛坯粗探傷時，會發現有大量的夾雜物超標，造成鍛件不合格報廢，因此，我們對缸體鍛件沖脫部分的夾雜分布及其性質進行全面細致的分析。

表8 Mo元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 8 Distribution of Mo content(mass fraction, %)

表9 V元素在整個截面上的分布(質量分數，%)Table 9 Distribution of V content(mass fraction, %)

我們首先對每個試樣上的夾雜物進行定性、定量分析，然后按照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定-標準評級圖顯微檢驗法》進行評級，結果見表10。通過評級，我們可以歸納得出如下結論：

(1)鋼錠中的非金屬夾雜物的類型主要有：A類(硫化物類)、B類(氧化物鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D類(球狀氧化物類)。

(2)鋼錠中某些部位有個別大的脆性夾雜物，其中最大的氧化物類夾雜物評2.5級，其它脆性夾雜物尺寸較小評0.5級，有少量的硅酸鹽類夾雜物，硫化物類夾雜較少。

(3)氧化物類非金屬夾雜物主要集中在上部冒口部分，硅酸鹽類不變形夾雜物主要在鋼錠的下部水口部分。

2.4 金相組織

為了了解鍛件內部顯微組織情況，我們將制備好的試樣經4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在100倍下進行觀察。觀察發現：組織為F+P，晶粒細小，中心區域組織相對均勻，沖脫鍛件邊緣有帶狀偏析。典型照片見圖3。

表10 部分縱截面上夾雜物的評級結果Table 10 Inclusion evaluating results

圖3 金相照片Figure 3 Microstructure photography

3 結論

通過對解剖試樣進行低倍試驗、化學成分分析、夾雜物檢驗和金相組織分析等試驗方法，初步得出以下結論。

(1)整體偏析嚴重的元素有C和S；局部偏析嚴重的元素有Ni、Cr和P；基本不偏析的元素有Mo和V。

(2)鍛件內部未發現肉眼可見的夾雜、縮孔、白點、裂紋等不允許存在的缺陷。但一些偏析帶在鍛件中的某些部位仍然存在。

(3)鍛件內部組織致密，晶粒細小，夾雜物細小而分散。

以上結論說明，該125 t大型鋼錠的冶金質量優良，鍛造工藝合理，它為制造出高質量的185 MN油壓機缸體打下了良好的基礎。上述結論也說明了采用“EBT 初煉—LF精煉—VCD處理—VC真空澆注”的工藝方案可以生產出冶金質量優良的大型鋼錠，這也為185 MN油壓機生產出高質量的鍛件奠定了基礎。

[1] 徐彥和.大型鋼錠及鍛件的解剖.大型鑄鍛件，1982.