管板类锻件常见缺陷分析及预防

李勤 浙江远大重工锻压有限公司

管板类锻件的生产水平是衡量国家工业发展水平的重要参考，只有管板类锻件的生产能力及水平能够满足装备制造业发展生产的需要，才能推动国家工业化水平向更高层次迈进。在提高管板类锻件生产水平的过程中，对管板类锻件生产常见缺陷的分析，及预防措施的研究必不可少，具有重要意义。

一、管板类锻件常见缺陷分析

在管板类锻件常见缺陷之中，影响较大的是RST效应，即刚性滑动撕裂，由此产生的夹杂性裂纹会造成废品率的提高，造成经济的重大损失。夹杂一方面来自于冶炼过程中的内在夹杂上浮不充分，另一方面则是混入了过多的耐火材料，所以夹杂的存在是造成管板类锻件常见缺陷的主要因素之一。

有研究表明，在高温（温度超过1000℃）状态下，非金属夹杂的塑性会降低，通过再结晶可以有效消除已经出现的夹杂性裂纹。但是，当夹杂性裂纹不能在外力的作用下消失时，夹杂性裂纹可能会产生联结，使得形变增加，从而因缺陷致废。为此，在讨论管板类锻件常见缺陷问题时，应该把防止夹杂性裂纹联结作为重点。

二、管板类锻件常见缺陷出现原因

通常情况下，管板类锻件的生产要经过原材料采购、锯切、锻造、热处理、机加工、理化检测、表面处理等处理，使用的设备包括压机、电液锤、辗环机、空气锤、刨铣床、数控钻床、立车、卧车、大型热处理设备（电炉）、天然气加热炉、检测设备、无损检测设备等。

而比较容易出现管板类锻件缺陷的处理工艺是原材料采购、加热处理、下料过程、镦粗、定形和锻后热处理。

（一）原材料采购的常见缺陷原因

原材料质量的合格直接关系到管板类锻件的质量合格，为此要严格控制原材料采购的过程，避免钢锭等原材料的碳化物、硫化物含量超标，含氢率过高等情况的存在。如果所购买的钢锭等原材料的碳化物、硫化物、含氢率超标，则会使得生产之后的管板类锻件夹杂缺陷明显，塑性严重不足。

（二）加热处理的常见缺陷原因

加热处理过程中出现常见缺陷的原因较为复杂。首先，加热处理的过程中，容易出现氧化、脱碳、渗析等外层组织化学变化类的缺陷，这是因为介质引起了坯料的化学反应，以及坯料在加热过程中受热不均，另外，受热不均还会引起坯料因内应力超过极限而开裂。其次，半成品回炉进行加热处理时，内部所存在的夹杂裂纹会被忽略，由此错过了温度对夹杂裂纹的修复，使其不能被有效填充，由此为后期塑性夹杂性裂纹密集出现埋下隐患伏笔，造成报废。最后，因终锻时对温度、火次的控制不足使得管板类锻件因过热、未热透等原因出现缺陷，极易因为RST效应。

（三）下料过程的常见缺陷原因

下料过程中常见的缺陷有时是由于误解引起,这种误解集中表现在进行锻压施工时,往往只注重确定镦粗锻比,而忽略了下料之前拔长锻比所起到的压实作用,使得内部孔洞锻合不能完全进行，从而导致夹杂物成片出现，造成废品率提高.另外，还有一种情况也会使废品率提高,那就是当原料钢锭底部或冒口切除量过大或不足时,也会使夹杂物在冒口位置聚集，由此使得沉积物聚积而报废。拔长工序的使用直接决定了镦粗效果，如果不使用拔长工序，很容易造成密集形缺陷。

（四）镦粗的常见缺陷原因

镦粗是管板类锻件最为常用的生产方法，工艺的操作简单，适用性强。虽然如此，在进行镦粗操作之前，需要进行其他操作以为镦粗操作的使用创造条件，如果直接进行镦粗操作，容易造成夹心塑性夹杂，形成缺陷。

（五）定形的常见缺陷原因

管板类锻件的定形一般需要整体操作与局部操作，整体工艺为镦粗。在局部镦粗使用的过程中，较为常用的操作工艺是转砧法和排砧法，其中使用较为广泛的是转砧法，这主要是由于转砧法在使用的过程中简单实用的特性突出，出现夹杂性缺陷的可能较小，有利于控制裂纹的出现。但是，任何方法在使用时都要根据规范进行，转砧法也不例外，不过在具体操作的过程中不按照规范进行，就会使得缺陷出现，夹杂增多，提高报废率。

（六）锻后热处理的常见缺陷原因

管板类锻件本身具有耐热性高，耐腐蚀的特点，在生产工艺上对锻后热处理有所要求。为此，一旦不能对管板类锻件进行及时的锻后热处理，就可能使得管板类锻件中含有的氢气形成白点，或者在快速冷却的过程中，使得内外温度失衡，因温度不均匀造成内应力失去控制，从而产生裂纹，造成探伤报废。

三、管板类锻件常见缺陷预防措施

管板类锻件常见缺陷的预防措施主要包括保证原材料质量，保证热处理工艺水平，确保变形量。具体分析如下：

（一）保证原材料质量

钢锭是管板类锻件生产的主要原材料，在控制质量方面，一方面是对钢锭本身所含元素进行控制，避免碳、硫、氢含量的超标，另一方面是控制冶炼、浇注的工艺，保持干燥洁净。

一般情况下，管板类锻件所使用的钢锭多为电渣重溶和镇静处理钢锭，其中难免会有夹杂物，为降低夹杂物对管板类锻件的影响，应在使用炉料时控制干燥洁净，改善冶炼与浇筑的工艺。

（二）保证热处理工艺水平

管板类锻件对于热处理工艺的要求较高，不同的钢锭种类对于热处理工艺的要求也有所差别。对于半成品返炉的操作，应利用高温条件对探伤可见的裂纹进行修复，确保裂纹经热处理后得到填充。在进行终锻时，对火次、温度、变形量等的控制十分关键，在这一阶段当中，由于管板类锻件的变形相对较小，所以要对温度适当控制，保证加热均匀，以确保不发生RST效应，不发生粗晶、混晶的情况，以保证质量水平。

（三）确保变形量

确保变形量主要涉及两个部分，一是在下料的过程中，二是在成形的过程中。

在下料过程中确保变形量。下料是管板类锻件进行镦粗的基础，下料过程中应对两端的切除量进行控制，防止管板类锻件中各种元素激烈变化，出现严重偏析、二次缩孔等问题。当碳、硫等元素物质的含量超标时，塑性夹杂会由分散状态变为连片状态，从而提高报废率。而且，下料倒棱会由于压下量不足造成对中心不实，拔长比与镦粗比不大时，变形的程度会不足，也会使得管板类锻件的中心压实不足。对钢锭的充分压实，才能确保中心等轴晶粒与铸态组织被打破，从而改善中心部位缺陷与夹杂的情况。为了保证变形量，避免出现下料过程中的塑性夹杂与RST效应，许多企业主要使用反做法对管板类锻件进行下料的研究。

在成形过程中确保变形量。成型过程中控制管板类锻件的要点是控制开始与最终锻铸时的温度，一方面是修复前期产生的塑性夹杂裂纹，另一方面则是以此控制成形变形量。成形过程中加热不均的情况一旦发生，就会发生混晶、无变形粗晶等问题，为此，对于温度的控制一定要既把握时间，也把握均匀性与温度。成形中进行锻后热处理时，能够提高力学性能，消除残余应力，降低内部不均匀性细化，为后续加工打好基础。

结语：管板类锻件的常见缺陷主要是指夹杂性裂纹，夹杂性裂纹的出现能够直接反应出锻件内部的变形分布不均、应力状态不合理等问题，当夹杂性裂纹联结汇合后，会因为探伤超标而直接导致管板类锻件的报废。为此，在进行管板类锻件生产的过程中，要通过控制原材料质量、保证热处理工艺水平、确保变形量等方法保证锻造工艺，提高锻件质量，为实现更好地发展，应大力推动技术升级与创新。