支承辊锻造横裂纹分析研究

杨威，王昂，高鑫

1.中钢集团邢台机械轧辊有限公司 河北邢台 054000

2.轧辊材料国家重点实验室 河北邢台 054000

1 序言

裂纹是当前影响锻造生产发展和锻件质量的突出问题，也是锻造行业所研究讨论的重点内容。随着新材质和锻造工艺的研究，锻造中的裂纹也呈现诸多不同的表现形式，如密集龟裂、纵裂及横裂纹等。2019年VC支承辊产品锻造镦粗时纵裂纹较为严重，人工清理难度大。通过对生产工艺优化，提高夹杂物控制及钢锭表面质量后裂纹得到明显改善，但锻造过程仍存在横裂纹问题。

我公司VC钢锭采用天然气加热，加热温度1240～1260℃，VC钢锭吨位较大，一般在50t以上，采用三火次锻造、第一火次冒口压钳把；第二火次墩粗、拔长；第三火次成品锻造。一般VC钢锭在第二火次拔长后，表面会出现密集的横裂纹特征，且在一侧表面较为明显，而该类裂纹在墩粗过程中不明显。第二火次拔长后，钢锭表面密集裂纹状态如图1所示。

图1 钢锭表面密集裂纹状态

该支钢锭在第二火次锻造完毕，装炉退火处理后，对表面进行取样检测。

2 过程返查

一般认为出现横裂纹或面积性龟裂与两方面有直接关系。

1）残余元素超标，包括Cu、As超标等，在镦粗或拔长过程中会出现面积性龟裂[1]。因此，对裂纹严重的区域进行取样，光谱分析结果见表1。

表1 裂纹严重区域光谱分析结果（质量分数）（%）

经化学成分检测，未发现明显有害元素超标的现象。

2）锻造加热温度过高所导致的过烧。早期，锻压分厂在钢锭加热过程中曾出现一侧过烧所导致的严重纵裂问题，钢锭改锻后损失严重，但此支钢锭镦粗过程未发现裂纹，返查加热温度并未发现超标现象。

3 检测分析

3.1 金相分析

（1）正常位置 在钢锭表面无裂纹位置检测金相，打磨亮点深度1～2mm，组织为珠光体+少量碳化物，未发现夹杂物[2]，如图2所示。

图2 表面无裂纹位置金相检测

（2）缺陷位置 在钢锭表面裂纹严重区域检测金相组织（共3点），打磨亮点深度4～5mm，组织为铁素体，未发现夹杂物，如图3所示。

现场金相检测时，发现整个视场中均为铁素体组织，未发现珠光体组织，且脱碳层深度明显比正常部位要深。

（3）缺陷位置取样 对钢锭表面裂纹严重的区域进行取样，位置如图4所示。

图4 钢锭表面裂纹

对所取试样进行高倍金相检测，如图5所示，标示区域为铁素体组织。使用直尺测量，如图6所示，裂纹附近的铁素体组织（图5中亮点区域）深度9～10mm，宽度约10mm。

图5 标示区域为铁素体组织

图6 铁素体组织深度

对比图7、图8两张照片可以看出，其裂纹两侧的铁素体组织区域大小明显不同，且图5（红线）中标出的区域为铁素体组织外，其他均为珠光体组织。试样金相显示铁素体区域的晶粒度为6～10级。重新将钢锭表面检测出铁素体组织的亮点深度，打磨至10～12mm，检测出珠光体组织。

图7 裂纹位置的组织变化情况

图8 铁素体组织

3.2 电镜分析

裂纹的右侧（下部黑线标识）压断后，检测断口的微观形貌，如图9所示。

从图9可以看出，珠光体组织区域与铁素体组织区域的金属光泽明显不同。对断口位置进行电镜检测，如图10所示。

图9 裂纹形貌

断口照片表明，图10a中出现疑似石状断口形貌[3]，图10b中珠光体区域断口未发现解理组织，但断口表现出钝化迹象。

图10 断口位置电镜检测

4 分析

1）钢锭表面存在严重横裂纹的一侧，现场金相共检测5点（正常位置2点，裂纹位置3点）。发现正常位置的2点均为珠光体组织，而裂纹位置的3点均为铁素体组织，表明钢锭表面横裂纹存在的区域表层均为铁素体组织。

2）试样断口显示并非脆性断口的解理组织，铁素体与珠光体区域均出现过热迹象。

3）金相检测裂纹中发现的氧化皮，可能为墩粗过程中，由于钢锭表面组织问题造成流动性较差，在后续拔长时，部分氧化皮可能被压入裂纹中。

5 结束语

钢锭表面横裂纹区域存在10mm深的铁素体组织，高温锻造性能较差以致表面形成密集横裂纹，主要原因为钢锭与烧嘴的对应位置及炉膛局部的气氛有一定关系[2，4]，需对钢锭放置的位置进行规范要求，并定期对炉膛气氛均匀性进行检测。