1Cr13環(huán)鍛件鍛造工藝優(yōu)化
作者:admin2021-04-26 15:07:41
1Cr13 ，屬于馬氏體不銹鋼， 淬透性好，具有較高的硬度，較好的韌性、耐腐性、熱強性及冷變形性能，廣泛應用于蒸汽輪機、核電汽輪機隔板環(huán)，也是汽車(chē)運輸業(yè)使用的重點(diǎn)材料。 本文涉及的1Cr13環(huán)鍛件經(jīng)過(guò)輾環(huán)機徑軸向無(wú)縫軋制成形，超聲波檢測發(fā)現內徑近表面存在連續線(xiàn)性缺陷，導致產(chǎn)品不合格，并且熱處理后沖擊性能不達標。通過(guò)對線(xiàn)性缺陷的分析及研究，對原鍛造工藝進(jìn)行優(yōu)化及對原材料成分進(jìn)行微調后，產(chǎn)品的性能都達到了技術(shù)要求。
一 試驗材料及方法
1.試驗材料
試驗用1Crl 3材料，采用“電爐+LF（鋼包精煉爐）精煉 +直空脫氣”工藝進(jìn)行冶煉。粗車(chē)加工后的鍛件交貨規格為直徑1953mmx1691mmx217mm。
2.試驗方法
（1）超聲波檢測 對鍛件表面進(jìn)行宏觀(guān)檢查，通過(guò)超聲波檢測，分析鍛件內部缺陷分布情況。
（2）金相試驗 環(huán)鍛件存在較多的缺陷處，取樣制備金相試驗。先將試樣進(jìn)行研磨拋光，經(jīng)腐蝕液腐蝕后，重點(diǎn)觀(guān)察其內部組織；再將試樣在苦味酸加洗滌劑的飽和水溶液中恒溫60℃腐蝕足夠時(shí)間 ，在金相顯微鏡下對其晶粒度進(jìn)行評級。
（3）掃描電鏡 通過(guò)掃描電鏡觀(guān)察試樣的線(xiàn)性缺陷及缺陷處附近的形貌組織，利用能譜分析儀重點(diǎn)分析缺陷處的物質(zhì)組成元素情況。
二 試驗結果及分析
觀(guān)察工件表面沒(méi)有發(fā)現裂縫等可見(jiàn)缺陷，進(jìn)行超聲波檢測，發(fā)現原工藝生產(chǎn)的鍛件存在線(xiàn)性缺陷，并進(jìn)行了金相檢驗。
1. 超聲波檢測結果
距離內徑27～42mm之間出現互相毗連的線(xiàn)性缺陷，缺陷長(cháng)度多為半圈甚至一圈。
2.金相組織檢驗
截取工件內徑處超聲波檢測結果較嚴重部分進(jìn)行金相檢驗，其金相組織發(fā)現其組織為回火索氏體+少量鐵素體，但其組織大小不一，混晶嚴重，對產(chǎn)品的力學(xué)性能具有嚴重的危害。
3.掃描電鏡分析
對其沖擊后的斷口進(jìn)行掃描電鏡分析，斷口上夾雜著(zhù)鏈狀的夾雜物，極大地降低了產(chǎn)品的力學(xué)性能。為了分析出夾雜物的成分，進(jìn)一步對其進(jìn)行區域EDS能譜分析，可以看出鋁和氧元素的波峰***高，含量***多，故而可以基本判定為氧化鋁類(lèi)夾雜物，但是并不能排除氣體的原因。鋼中***有害的夾雜物是氧化鋁和顆粒狀不變形氧化物，其次是硅酸鹽和碳氮化合物。因為這些夾雜物破壞了基體的連續性，在鍛造過(guò)程中，基體發(fā)生強烈的塑性變形，而夾雜物在該形變溫度下不具備塑性，從而與基體脫離，形成了裂縫，且?jiàn)A雜物尺寸越大，現象越明顯，對鍛件材料的性能影響也越嚴重。而氣體一旦進(jìn)入鋼錠內，通過(guò)后續鍛造是很難排出的。
三 工藝優(yōu)化
從上述試驗和分析可以得出，組織大小不一，混晶嚴重，氧化鋁夾雜物偏聚，以及可能存在的氣體是導致產(chǎn)品檢測性能達不到技術(shù)要求的原因。針對這一情況，通過(guò)對原材料成分以及鍛造工藝的改進(jìn)，解決了這一問(wèn)題。采用優(yōu)化后的方案生產(chǎn)出的產(chǎn)品，其無(wú)損檢測和力學(xué)性能都達到技術(shù)要求。
1.材料化學(xué)成分改進(jìn)
增加了Mo、Ni元素含量，因為Mo能有效抑制鋼中有元素的偏聚，是消除或減輕鋼高溫回火脆性的有效元素，且Mo是較強碳化物形成元素，降低鋼中碳活度，且其碳化物穩定不易長(cháng)大，所以能細化晶粒，可提高鋼的回火穩定性；而Ni降低了鋼中位錯運動(dòng)阻力，能提高鋼基體的韌度。
2.鍛造工藝的改進(jìn)
（1）原工藝過(guò)程及解析環(huán)鍛件成形生產(chǎn)工藝如下：鍛造成形→熱處理前粗車(chē)→初級超聲波檢測→熱處理（淬火+回火）→車(chē)加工至交貨尺寸→***終超聲波檢測。
鍛造成形。將模鑄綻充分去除冒口和澆口，確保工藝質(zhì)量。至加熱爐加熱到（1160±10）℃，在油壓機上進(jìn)行鐓粗、拔長(cháng)、沖孔，將毛坯放入直徑9m輾環(huán)機進(jìn)行軋環(huán)鍛制，確保鋼錠鍛透。其中始鍛溫度≤ 1120℃，終鍛溫度≥850℃。
超聲波檢測：將環(huán)鍛件粗車(chē)后，放在檢測平臺處，在其表面涂有機油耦合劑，進(jìn)行超聲波檢測，根據單直探頭接觸法探測是否存在內部裂紋或其他性質(zhì)的缺陷。
熱處理（淬火+回火）工藝：將粗車(chē)后的鍛件在熱處理爐中加熱至（990±10）℃，保溫4.5h，水冷?；鼗饻囟龋?90±10）℃保溫8h，空冷。
（2）新工藝開(kāi)發(fā)及過(guò)程解析新的成形生產(chǎn)工藝為：鋼錠整體壓機制坯→冷卻→鍛造成形→熱處理前粗車(chē)→初級超聲波檢測→熱處理（淬火+回火）→車(chē)加工至交貨尺寸→***終超聲波檢測。
由于模鑄錠本身心部比較疏松，鋸開(kāi)后存在肉眼可見(jiàn)的裂紋，這樣就導致在下料過(guò)程中大量氣體進(jìn)入錠身，導致后續鍛造無(wú)法排出氣體和愈合裂紋，因此新工藝首先將模鑄錠整體經(jīng)過(guò)壓機制坯，愈合內部裂紋，然后冷卻下來(lái)去除冒口、澆口，氣體就無(wú)法進(jìn)入鋼錠。
（3）優(yōu)化后產(chǎn)品性能對比 通過(guò)調整原材料化學(xué)成分及優(yōu)化其鍛造工藝，產(chǎn)品力學(xué)性能得到了極大程度的提高。原材料與新材料力學(xué)性能對比，新工藝生產(chǎn)的鍛件檢測合格。
四 結語(yǔ)
（1）通過(guò)金相及EDS分析，并結合新工藝鍛件超聲波檢測結果，加上我公司目前已經(jīng)通過(guò)此工藝批量生產(chǎn)，可以判定為由于大量氣體進(jìn)入鋼錠導致后續鍛造無(wú)法愈合而形成連續的線(xiàn)性缺陷。
（2）通過(guò)微調原材料化學(xué)成分，再經(jīng)過(guò)同樣熱處理，所得到的鍛件力學(xué)性能完全不同，特別是沖擊吸收能量，因此Ni、Mo等合金元素對此材料的沖擊起到非常關(guān)鍵的作用。
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