高壓T形接頭裂紋分析及熱處理工藝探究

江漢石油管理局第四機械廠 （湖北荊州 434024） 張 鈺 劉 瓊 胡 順 沈 靖

T形接頭一般用于高壓管匯合連接部位，通過螺紋和密封元件與直管連接，在高壓條件下工作，承受流體的沖擊。由于服役條件苛刻，因此T形接頭需要很高的強度及韌性。該產品形狀如圖1所示。此類產品因形狀復雜，故熱處理過程經常發生淬火開裂(見圖2)。

圖1 T形接頭零件

圖2 開裂的T形接頭

1. T形接頭技術要求

T形接頭材料為42CrMo，技術要求：調質處理27～31HRC。工藝路線：下料→鍛造→正火→粗加工→調質→硬度、性能檢驗→精加工→探傷→成品。

產品鍛造毛坯經氣割飛邊后，采用870℃正火，調質采用圖3所示工藝。

圖3 T形接頭調質熱處理工藝

2. 檢驗項目

裂紋處取樣做化學成分、金相、硬度檢驗。

（1）化學成分 經直讀光譜儀分析，接頭用鋼的化學成分符合42CrMo鋼要求。

（2）顯微組織檢查 在開裂飛邊處取樣進行金相組織分析，組織為較粗大的淬火馬氏體＋少量鐵素體＋殘留奧氏體（見圖4）。

圖4 裂紋處粗大的金相組織

經檢查，裂縫表面明顯無脫碳，表明接頭是在淬火過程中開裂的。

（3）硬度檢查 鍛造毛坯截面由表向里淬火硬度分布見附表。

鍛造毛坯截面由表向里硬度分布

T形接頭硬度指標為27～31HRC，檢測結果符合技術要求。

3. 討論

（1）T形接頭鍛造成形工藝對鍛件流線的影響復雜，在一只T形接頭上的三處管口處同時出現縱向裂紋，且裂紋均位于鍛造飛邊上，接頭的開裂應與該處晶粒粗大有直接聯系。

（2）飛邊旁的鍛造表面為厚重的氧化皮覆蓋。飛邊旁的鍛造表面嚴重的脫碳，而飛邊上僅輕微脫碳。兩者均影響到不同部位的淬火冷卻速度及組織轉變速度。

（3）用氧乙炔焰切割鍛造飛邊以及鍛后正火處理不當。正火工藝（870℃經3h 后空冷）不足以消除金屬熔融層與接頭本體過渡區的組織差異，如晶粒粗大等。以上因素的影響，接頭淬火時外圓不能均勻地冷卻并均勻地發生組織轉變，致使外圓表面不同位置，以及表層與心部的組織及線脹系數不同，不同組織轉變及體積變化將引起很大的內應力，導致飛邊位置產生裂紋。

4. 改進措施

（1）在目前仍采用火焰切割鍛件飛邊的情況下，建議提高鍛后正火溫度，采用高溫(920℃)正火，消除局部過熱造成的應力集中。

（2）建議配備切邊模具，改變用火焰切割鍛件飛邊的方法，避免組織的不均勻造成開裂。

5. 結語

在模具條件不具備情況下，T形接頭42CrMo鍛坯若采用火焰切割鍛件飛邊，則通過采用高溫正火可以有效減少切割飛邊造成的組織粗大的危害，從而大幅減少淬火開裂。結果表明，經過切邊模具的試制，采用切邊模切除飛邊可以基本消除淬火開裂。