RM2鍛棒斷裂原因分析

徐 輝，宋祖峰，牟祖茂，王德寶(馬鋼股份公司技術中心 安徽馬鞍山 243000)

1 概述

某廠生產的RM2鍛棒，材料種類/牌號：5CrW5Mo2V，規格為?450。經初煉爐+精煉爐+VD(67 Pa以上保持20分鐘)→鋼錠緩冷(坑或扣罩26小時以上)→鋼錠清理→出廠→鍛造(始鍛溫度1150 ℃-1250 ℃；終鍛溫度750℃-850 ℃)→正火(930 ℃)→球化退火(860 ℃隨爐冷繼而720 ℃等溫)→粗加工一系列冶煉和鍛造工藝處理，粗加工后發現工件表面出現肉眼可見的裂紋，對裂紋的成因進行了分析。

2 化學成分分析

在試樣中心和邊緣附近取樣，試樣中心及邊緣的材料化學分析見表1，表中同時列出5CrW5Mo2V 的成分規范。可見試樣中心及邊緣的化學元素成分在5CrW5Mo2V 規范要求范圍內。取樣對氫含量進行分析，含量小于1.5 ppm，盡管測試的氫含量不高，但考慮到氫含量的測定受取樣部位影響較大，并且鍛棒試樣放置數月使部分氫擴散出去，該測試結果僅供參考。

圖1 試樣宏觀形貌及裂紋產生區域

表1 材料化學成分分析結果及標準規定對照(Wt%)

2.1 微觀斷口分析

用掃面電鏡對裂紋斷口進行觀察，裂紋源于鍛棒的外側面，如圖2(a)所示。斷裂源區斷口形貌為典型的沿晶脆性斷裂，從宏觀上我們可以觀察到斷口表面上有許多亮面，每個亮面其實都是一個晶粒，如圖2(b)所示；從微觀上，我們在高倍下清晰的觀察到晶粒的多面體形貌，類似于聚集的冰糖，而且也可以清楚的看到三個晶界面相遇的三重節點，如圖2(c)所示。

圖2 斷口微觀形貌

2.2 金相組織及夾雜分析

根據裂紋走向線切割截取垂直于裂紋的縱向試樣，打磨拋光后觀察裂紋周邊的金相組織形態。如圖3(a)所示，裂紋周圍組織為貝氏體+馬氏體+碳化物；如圖3(b)所示，高倍組織觀察狀態下，晶界上存在大量的碳化物，碳化物偏析呈網狀分布；如圖3(c)所示，經過苦味酸熱侵蝕法顯示后，可以發現在原先鍛造粗晶內經過后續熱處理又產生很多細小晶粒，這說明后續的熱處理工藝無法消除已經粗大的晶粒，并且也無法改變碳化物在晶界偏聚的事實；如圖3(d)所示，通過高倍金相顯現，可以發現晶界上已經萌生了很多的微裂紋。

圖3 金相組織

在鍛棒1/2半徑處截取縱向面積為20×23的試樣，打磨拋光后在金相顯微鏡下觀察夾雜物形態，根據標準GB/T 10561對非金屬夾雜物進行評級，結果見表2[2]。從實驗數據來看，夾雜物狀態良好，各類夾雜物級別均在合格范圍內，未見異常。

3 討論

材料化學成分分析結果表明，材料的化學成分都在規定要求范圍內，且心部與邊部成份波動相差較小，材料在冶煉過程中成分偏析不明顯。

夾雜物分析表明，鍛棒夾雜物含量符合產品標準，斷裂原因并不在于夾雜物。

微觀斷口分析表明，微裂紋為沿晶走向，斷口形貌為典型的沿晶脆性斷裂[3]；金相分析表明，碳化物沿著晶界呈網狀分布，并且萌生很多細小的微裂紋，原先的鍛造粗晶并未在后續的熱處理過程中消失。

4 結論

RM2鍛棒碳化物偏析并且成網狀分布于鍛造粗晶上，致使在外力作用的情況下出現沿晶脆裂，導致裂紋的產生。

根據以上分析結果，建議將RM2鍛棒終鍛溫度調整為730℃以消除碳化物偏析。