16Mn殼程筒體超聲波檢測密集性缺陷失效分析與探討

■ 郭宗山

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鍛件超聲波檢測各標準要求檢測人員密切注意鍛件危害性缺陷，如白點，但實際檢測工作中往往把注意力集中在工件是否存在按標準規定應發現的缺陷及對其定位、定量上，缺乏對缺陷的定性分析，而缺陷的定性分析對于發現問題產生的根本原因，進而制訂相應的預防措施是非常必要的。近期，我們對一批材質為16Mn的殼程筒體的檢測，準確定性分析判定為白點缺陷并經解剖驗證，現把情況介紹如下。

我公司用本單位冶煉φ800 mm、重7448kg鋼錠經鍛前加熱、鐓粗、沖孔、拔長至壁厚為120mm、長1600mm，粗加工后筒體外圓面UT檢測發現工件中段壁厚方向深40~100mm處存在多處密集性缺陷（見圖1，黃色油漆標注處為發現缺陷部位），缺陷當量尺寸為φ2~φ6mm，由缺陷引起的最大底波降低量為20dB。UT檢測所用設備為：友聯PXUT—350+數字式超聲波檢測儀，探頭規格為：2.5Pf20，靈敏度調整方式為試塊法，掃查靈敏度為φ2—6dB。

圖1 殼程筒體缺陷部位

1. 缺陷定性分析

該鍛件缺陷分布范圍較大，當量大小較均勻，缺陷波形尖銳清晰，缺陷波多而密集，彼此間清晰可辨，各缺陷波有獨立存在的特征，波峰陡峭，波根狹窄，隨探頭移動，缺陷波瞬起瞬落，交替變化，但波形特征基本不變（見圖2）。降低檢測靈敏度，缺陷波下降較慢，而底波下降較快，局部缺陷嚴重處，底波降低嚴重甚至無底波（見圖3）。

通過對缺陷波形特征的觀察與綜合分析，初步認為該鍛件的缺陷為白點。由于超聲波檢測并不能準確判定缺陷性質，為更加準確對該缺陷進行定性，我們對鍛件進行了解剖分析。

圖 2

圖 3

2. 理化分析

（1）化學分析 該殼程筒體的化學成分檢測結果如表1所示，符合GB/T1591—2008《低合金高強度結構鋼》的要求。

表1 化學分析結果（質量分數） （%）

（2）低倍分析 取圖1所示黃色油漆標記處的斷面進行低倍分析：在弧形端面的內壁至t/2范圍內發現多處存在小裂紋（見圖4b），裂紋最長達6mm。取如圖4a箭頭所示縱向試樣進行彎曲，發現斷口存在白點缺陷。

圖 4

3.原因分析

缺陷定性為白點后，為進一步查找白點產生的原因，我們又對缺陷部位進行了顯微分析與能譜分析。

（1）顯微分析 拋光態裂紋局部形貌如圖5a所示，裂紋尖端比較圓鈍，裂紋附近有較多的灰色夾雜物，近裂紋處非金屬夾雜物檢測結果為：A1.5、B0.5、C0.5、D1.0、Ds0.5；圖5c為裂紋全貌，顯微組織為貝氏體+少量鐵素體，裂紋兩側未發現脫碳現象（見圖5b、圖5c）。裂紋兩側組織具有連續性，表明開裂在最終熱處理后（該筒體為鍛后空冷，也即開裂出現在鍛前加熱后）。圖6是遠離裂紋處的顯微組織：鐵素體+珠光體+少量貝氏體，此處的非金屬夾雜物檢測結果為：A0.5、B0.5、C0.5 D1.0、Ds0.5。

圖5 裂紋顯微分析

（3）能譜分析 經能譜分析（見圖7）確認圖5a中裂紋附近灰色物質為MnS夾雜物。

圖6 遠離裂紋處顯微組織

圖7 裂紋附近夾雜物能譜分析

4.討論

該殼程筒體的化學成分符合GB/T1591—2008的標準要求，宏觀檢測發現受檢面有許多小裂紋，其附近顯微組織為貝氏體+少量鐵素體，與遠離裂紋處的組織有所不同，裂紋兩側未發現脫碳和過熱現象，裂紋穿晶擴展。裂紋附近有較多的灰色夾雜物：MnS夾雜物，在筒體縱向斷口上發現白點缺陷。

綜合以上檢測分析，我們認為該16Mn殼程筒體超聲波檢測密集性缺陷為白點，產生原因為：鋼錠在澆注凝固過程中生成了硫化物，硫化物具有塑性，在后續鍛造時能延伸為條狀夾雜成為裂紋源，而硫化物又是弱的捕氫劑，更多的氫將集聚在夾雜物的尖端，容易在此處形成應力源從而在鍛造過程中產生白點缺陷。