20Mn舵系锻件内部贯穿性缺陷分析

周预平 陈 雄 张庆坤 郭志刚 郭鹏程 马晓兵 王国栋 银明辉 谢 梅

(武汉重工铸锻有限责任公司技术中心，湖北430084)

20Mn舵系锻件内部贯穿性缺陷分析

周预平 陈 雄 张庆坤 郭志刚 郭鹏程 马晓兵 王国栋 银明辉 谢 梅

(武汉重工铸锻有限责任公司技术中心，湖北430084)

我公司生产的某锻件内部出现贯穿性缺陷。通过电镜扫描、金相检测等手段进行分析研究，结果表明缺陷为氧化铝夹渣。进一步研究发现缺陷产生的原因为：进入钢锭的耐火材料或保护渣在锻造拔长过程中形成了贯穿锻件T、B端的缺陷。

20Mn；氧化铝夹渣；断口分析

我公司生产的某锻件，材质为20Mn，粗加工后检测发现靠近其中心部位存在贯穿T、B端的缺陷。为了从根本上解决该问题，避免公司生产同类产品时再次发生质量事故而蒙受经济损失，因此公司组织相关技术人员对该舵系锻件内部贯穿性缺陷形成的具体原因进行了系统的分析研究。

1 取样

在该锻件缺陷密集部位锯取横断试片A，进行低倍试验。对试片A着色检测后，截取缺陷密集部位并拉断，锯下断口试块进行电镜扫描分析、化学成分分析和金相分析。该锻件的缺陷分布情况及试片A的取样位置见图1。

图1 锻件缺陷分布及试片A取样位置Figure 1 Defect distribution of forging and sampling location of test piece A

2 试验结果

2.1 低倍试验

试片A经过打磨抛光和腐蚀后进行低倍试试验，验结果见表1。

表1 试片A低倍试验结果Table 1 Macroscopic test result of test piece A

从表1可以看出，试片A上存在少量疏松和偏析，但均符合国标要求，并未发现不合格的缺陷。

2.2 着色检测

为了进一步了解横截面上缺陷的具体分布情况，对试片A进行了着色检测，发现在靠近试片中心部位直径约为170 mm的圆形范围内存在不符合要求的缺陷。在此区域锯下宽度约为20 mm的长条试块进行后续研究分析。

2.3 断口分析

取长条试块拉断，再将断口不用冷却液干锯成试块A1、A2。图2为试块A1、A2断口的宏观形貌图。断口中存在铁锈的一面为打磨过的低倍试验面，这是在低倍试验过程中腐蚀液渗进中间部位从而导致腐蚀生锈的结果，不是试块本体内 原本存在的。现选取试块A1进行电镜扫描分析，其断口微观形貌如图3所示。

表2 化学成分分析结果(质量分数，%)Table 2 Results of chemical composition (Mass, %)

图2 试块A1、A2断口宏观形貌Figure 2 Macroscopic morphology of fracture of test block A1, A2

图3 试块A1断口微观形貌Figure 3 Microscopic appearance of fracture of test block A1

由图2可知，试块A1、A2宏观断口为层状断口，且断口上附着有许多细小的白色颗粒状渣子。由图3可知，试块A1的微观断口上有大量脆性夹杂物，初步判断其为氧化铝夹杂。

2.4 化学成分分析

对试块A2进行化学成分分析，化学成分分析结果见表2。

由表2可知，试块A2的C含量超出验收要求，其他元素含量满足验收要求。

2.5 金相分析

取试块A1，在靠近其断口的纵面上进行金相分析。非金属夹杂见图4，组织晶粒见图5，检测结果见表3。

从图4、图5及表3可以看出，试块A1的B类夹杂物严重超标，且其组织不均匀，存在2级带状组织现象。

图4 试块A1的夹杂物Figure 4 Inclusion of test block A1

图5 试块A1的组织晶粒Figure 5 Structure grain of test block A1

非金属夹杂等级ABCD晶粒度等级组织1．530．506珠光体和铁素体、带状2级

3 原因分析

(1)断口分析和金相分析结果表明，试块A1、A2断口上附着的细小白色颗粒状渣子为氧化铝夹渣，它是造成锻件内部贯穿性缺陷的主要原因。该锻件本体来源于钢锭冒口端锭身，浇注末期卷入钢水中的耐火材料或保护渣进入钢锭后，在其凝固过程中来不及完全上浮，而滞留在钢锭中上部形成氧化铝夹渣，且在切除钢锭弃料时 无法去除干净，导致夹渣留存在锻件内部，从而在锻造拔长过程中形成贯穿锻件T、B端的缺陷。

(2)该锻件存在2级带状组织现象，这是由于锻造温度不当引起的。当终锻温度在二相区(Ar1和Ar3之间)时，铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状。当冷却到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体，这种组织可通过正火或退火的方法加以消除，但该锻件未经过锻后热处理，导致带状组织未被消除。

4 结论

(1)钢水侵蚀的耐火材料或浇注操作不当卷入钢水的保护渣，进入钢锭后，在其凝固过程中，来不及完全上浮，留存在钢锭中上部，切除钢锭弃料时无法去除干净，导致氧化铝夹渣留存在锻件内部，从而在锻造拔长过程中形成贯穿锻件T、B端的缺陷。

(2)锻造温度不当，导致产生2级带状组织，锻后没有执行热处理工序，以至于带状组织没有通过热处理消除掉。

编辑 杜青泉

Analysis of Penetrating Defects in Rudder Forging 20Mn

ZhouYuping,ChenXiong,ZhangQingkun,GuoZhigang,GuoPengcheng,MaXiaobing,WangGuodong,YinMinghui,XieMei

The penetrating defects are found in the forging of our company. The defect was determined as alumina slag inclusion after analysis and research by the ways of electron microscope scanning, metallography detection, etc.. Through the further study the reason of defect was found: it is the refractory materials or the mould powder entering the ingot that forms the defect through T and B ends of forging in the process of drawing.

20Mn, alumina slag inclusion, fracture analysis

TG115

B

2017—05—02

周预平(1978—)，男，本科，高级工程师，主要研究方向为金属材料及热处理、基础技术研究。