30Cr2Ni4MoV低压转子缺陷分析

范雪夫

(中国第一重型机械股份公司铸锻钢事业部，黑龙江161000)

低压转子被广泛应用于汽轮机的高背压供热系统[1-3]，转子锻件是火电设备四大锻件之一，是大型轴类锻件的典型代表[4]。由于它工作在高温、潮湿的环境中，工作时受力条件复杂[5]，所以，对它的质量要求很高。因此，本文针对不同锭型的联合转子锻件在粗加工后，有部分锻件因超声检测缺陷超标而报废的情况，选择一组报废料进行定性缺陷分析，以确认其缺陷的性质，便于优化工艺提高产品质量。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

本试验采用30Cr2Ni4MoV的钢材，其化学成分要求如表1所示。

1.2炼钢工艺

采用LVCD+VCD的工艺路线，即电炉提供粗炼钢水，LF炉采用白灰与萤石造渣，用适量硅石调整炉渣碱度，用碳粉扩散脱氧，真空脱气处理，最后真空上注、钢锭热送。

表1 化学成分要求(质量分数，%)Table 1 Chemical composition requirements(mass fraction,%)

1.3 检测方法

如图1所示，分别对A、B、C部位进行无损检测，发现A部存在∅3 mm～∅5 mm密集缺陷，深度873 mm～1053 mm，最大反射量∅7 mm；B部存在∅2 mm～∅4 mm密集缺陷，深度146 mm～372 mm，最大反射量∅7 mm；C部距O点970 mm范围内存在∅2 mm～∅3 mm密集缺陷，深度为表面至60 mm；其他可探部位未发现记录缺陷。冒口端缺陷位于小轴表层区域，水口端缺陷基本位于小轴中间位置，因此，分冒、水口两部分制定不同取料方案，根据无损检测时确定的缺陷深度，套取相应试样并压断，在扫描电镜下进行断口夹杂物分析。

图1 无损检测示意图Figure 1 Schematic diagram of nondestructive test

2 实验结果

2.1 宏观形貌

低压转子锯开后的断面光洁度差，肉眼并未发现有明显的可见缺陷。冒口端发现一段表面缺陷，呈密集条状分布，在缺陷严重部位用钻床套取3个试样，编号为1#、2#、3#。

水口端B面在车床单边加工深度150 mm的过程中及加工结束后肉眼并未发现明显夹杂物，加工结束后无损检测确定3处缺陷，缺陷深度分别为70 mm、55 mm和80 mm。用钻床在标记位置处沿径向垂直套取试样，编号为1-1#、2-1#、3-1#。

2.2 微观组织

分别取冒口端和水口端任意一个试样进行显微组织观察，如图2所示，发现在金相二维面上缺陷呈杂乱曲线交叉密集分布，曲线内堆积着大小不一的颗粒状夹杂物，因此确认该缺陷的性质为夹杂类缺陷。

2.3 断口分析

图3为冒口端3个试样断口形貌及微区成分分析，断口心部存在条带，具有明显的方向性。在电镜下观察发现，细条状缺陷内分布有大小不一的颗粒状夹杂物，条带内均存在细碎的颗粒。经能谱成分分析显示，细碎颗粒主要成分为Ca、Si，伴随有少量Mg、Al等的夹杂物，且呈条带状密集分布，断口表面未发现其它缺陷。

(a)冒口端(b)水口端

图3 冒口端断口形貌及能谱分析Figure 3 Morphology and energy spectrum analysis of the fracture atthe riser end

图4 水口端断口形貌及能谱分析Figure 4 Morphology and energy spectrum analysis of the fracture at the nozzle end

图4为水口端三个试样的断口形貌及微区成分分析，肉眼可见心部存在条带，方向性明显。在电镜下观察发现条带内存在大量颗粒，经能谱分析显示，颗粒主要成分为Ca、Si、Al等，部分区域含有相当量的Mg、F及很少量Na、K等，断口表面未发现其它缺陷。

3 结论

(1)冒口端断口夹杂物主要是Ca、Si为主，含少量Mg、Al等夹杂，夹杂物成分以硅酸盐为主。

(2)水口端断口夹杂物比较复杂，主要是Ca、Al、Si的氧化物，同时含有少量Mg、F等夹杂物，部分视场可见纯的Mg氧化物。

(3)根据以上分析认为，夹杂物为钢水内部精炼渣浇注后未能充分上浮所致。