Q460C低合金高强钢锻造开裂问题的解决措施

文/马秀英·巨力索具股份有限公司

Q460C低合金高强钢锻造开裂问题的解决措施

文/马秀英·巨力索具股份有限公司

某批出口的产品，客户指定用Q460C低合金高强度结构钢加工制造。产品锻造过程为两端头部加热→头部镦粗→再加热头部镦粗部位→顶球→拍扁而成。产品制造用原材料为φ65mm热轧圆钢，在头部锻造加工成形过程中，出现了严重的批量开裂事故，导致生产不能正常进行，不得不停产分析开裂原因，头部锻造开裂的产品如图1所示。

图1 460C低合金结构钢锻造开裂产品

开裂原因分析

产品用钢的化学成分见表1。

由测试分析结果可以看出，产品用钢的成分符合国家标准规定。锻造开裂的产品工艺控制始锻温度为1180℃，终锻温度为850℃，符合常规锻造的温度控制规范。

■表1 样件的化学成分和标准要求的对比结果 （ω，％）

检查开裂的锻件外观，认为与锻造加热温度过高，严重过热引起的锻造裂纹非常相似。因Q460C钢属于低合金高强度结构钢，广泛用于厂房、建筑、车辆、桥梁、塔架等焊接、铆接、栓接制作的一般结构件或通用结构件。考虑到为了增强抗大气腐蚀能力，冶金过程中铜含量控制比一般合金结构钢高，镍铜比例控制往往也高于一般合金结构钢。铜熔点为1083℃，当加热温度超过1100℃，因选择性氧化作用富铜层将熔化侵蚀钢表面层的晶粒边界，在1100℃以上锻造时，会发生热脆现象，使锻件表面发生鱼鳞状开裂现象，基于这个理论，我们首先制订了两种试验方案：

⑴将锻造加热温度调整到1100℃，始锻温度1080℃，终锻温度850℃。

⑵进行温锻试验，加热温度820℃，始锻温度800℃，终锻温度600℃。

在制订并实施试验方案的同时，我们积极地与钢厂取得联系，将锻造开裂件的图片传给钢厂的冶金专业高级工程师，他们的意见也是建议我们降低锻造加热温度，严格控制锻造过程。

按照新的试验方案，我们进行了试验，按方案⑴进行锻造的试验件，锻件仍旧开裂，情况与图1相同；方案⑵进行的温锻试验因变形抗力大，锻件无法完全成形。

至此，生产试验工作已经不能进行，为了找到锻造开裂的真正原因，在自由锻锤上做了锻造工艺性试验，锻件加热到1100～1300℃之间，在任意温度进行自由锻造均未出现开裂现象。为了找到产品头部模锻开裂的真正原因，并分清是在顶球还是在拍扁过程中何时产生的锻造裂纹，我们将顶球拍扁分开进行，顶球后冷却下来，打磨观看无裂纹，再重新加热球部到1150℃，进行拍扁，锻件完好无裂纹。同时，我们用远红外测温仪监测连续锻造过程，发现顶球后连续拍扁时的始拍温度（也就是拍扁的始锻温度）大约在985℃左右。这个温度正好在锻造的红脆区，即高温脆性又可称为“热脆性”，钢的冲击韧度极低，在此温度下锻造，易产生裂纹。经过反复试验，我们确定了Q460C锻造开裂的真正原因是在顶球后连续拍扁的过程中，因拍扁的始锻温度控制不当而导致。

改进措施

工艺试验后，我们又与钢厂的专业技术人员沟通得知，Q460C包晶钢在钢厂连铸坯时容易产生星状裂纹，供我们使用的这批钢材钢水成分铜含量是严格按照热压力加工钢材控制的，铜含量不超过0.20％，钢材的最高热加工工艺温度可以达到1300℃，也就是说加热温度不大于1300℃，不会产生过热问题。经过与他们共同探讨研究后决定，将镦粗后产品再次顶球拍扁连续锻造的加热温度调整到1250℃，并确保已经镦粗的头部部位均匀奥氏体化后迅速地顶球、拍扁，保证拍扁的始拍温度在1050～1100℃之间，终止温度在985℃以上，整个过程用远红外测温仪进行严密监控。按照此热加工工艺规范进行锻造的产品无一开裂，成功解决了500t钢材锻造成形的燃眉之急，探索出了一条Q460C低合金高强度结构钢连续模锻的热加工工艺方法，为今后的生产奠定了技术基础。

结束语

综上所述，本文通过调整锻件的加热温度以及加热时间，严格控制锻造变形过程的始锻和终端温度，成功解决了常规锻造Q460C开裂的问题，并总结出如下注意问题：

⑴Q460C是低合金高强度结构钢，若用于锻件生产，在材料采购协议中应要求钢厂控制冶金过程的铜含量，严格按照热压力加工控制铜含量不大于0.20％。

⑵Q460C低合金高强度结构钢连续锻造，若某环节的始锻温度在985℃左右，锻件具有开裂的风险性。

⑶用于热压力加工用途的Q460C低合金高强度结构钢，在实际锻造生产过程中，热加工工艺温度控制在1300℃以下，不会产生锻件的过热问题。

⑷Q460C低合金高强度结构钢连续模锻坯料加热时间应保证奥氏体充分均匀化。

⑸Q460C低合金高强度结构钢的连续模锻，加热温度控制在1250℃，加热时间保证奥氏体充分均匀化，连续锻造过程中的最后环节的始锻温度控制在1000℃以上，最好在1050～1100℃之间，可确保锻件成形，避免锻造裂纹的产生。

马秀英，工程师，从事热处理工艺设计及现场工艺设备调控二十余年，现主要研究海洋石油吊索具类高强度、低温等锻件的热处理技术。曾获河北省、保定市科技进步奖，获发明专利1项、实用新型专利两项。

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