合金钢锻棒端面缺陷分析

【摘 要】针对材料为42CrMo的合金钢锻棒，在各项力学性能要求都满足标准规范的前提下，表面无损检测发现密集型缺陷的情况，进行了各项试验以便分析缺陷产生的原因及为避免此类缺陷应采取的措施。

【关键词】质量;合金钢;锻棒;无损检测;力学性能;低倍;塔形试验

当今市场环境的特点之一是用户对产品质量的要求越来越高。在这种情况下，就更要求企业将提高产品质量作为重要的经营战略和生产运作战略之一，但提高产品质量的同时也应保证企业的利润，这就要求我们在生产过程中，及时地发现问题，尽早地分析问题，在最短的时间内提出解决方案和避免情况再次发生的办法。

下面就是实际制造生产中发生的一项案例，本文主要是通过一些辅助试验来确认无损检测发现的缺陷，从而判断缺陷的类型、产生的原因及处理办法。

一、缺陷介绍

一批材料为42CrMo的合金钢锻棒，在精加工后两端面进行液体渗透检测时，发现大部分锻件都存在有密集型点状缺陷（集中在中心部位），见图1所示。但是锻件的力学性能、金相检验（低倍检测）试样的取样位置、取样数量及实验方法均按照标准规范进行，结果也都是予以验收，合格的。如果不解决无损检测的问题，整批产品就得报废，这样势必会对公司造成很大的损失，对今后的生产也会产生严重的影响。

二、检测验证和结果

锻件的制作工艺流程是①钢锭进厂复验②下料③锻造④性能热处理⑤各项性能试验⑥机加工⑦液体渗透检验。根据锻件缺陷的宏观显示（点状缺陷），初步推断可能是原材料（缩孔、气泡、白点、夹杂、发纹等）的问题，由于有部分锻件液体渗透检验时合格的，所以可能前期的低倍、非金属夹杂检测是在合格的锻件上取样的，为了排除这种情况，须重新取样进行低倍、非金属夹杂检测，为了更有针对性，本文选取出缺陷比较严重的锻件作为试样件。

（1）抽取20件锻棒重新在两端面进行液体渗透检验，分别选取出6件缺陷较严重的分别进行编号（1～6#），作为试样件待用。

渗透剂材料应限制有害元素的含量，一般要求氟化物和氯化物的含量之和不超过200ppm，硫化物最大允许含量为200ppm。对于同一厂家同一批次的渗透材料，应进行灵敏度核查，需采用EN ISO 3452-3中的I型参考试块，至少应达到EN ISO 3452-2中的2级灵敏度要求，其灵敏度等级划分见表1。

表1 灵敏度等级的确定

灵敏度等级 检出的不连续/%

30μm 50μm

1 - >90

2 75 100

锻件被检区域表面不得有铁锈、氧化皮、铁屑、毛刺及油垢、飞溅等外来物，一般要求表面粗糙度Ra≤6.3μm。液体渗透检验时的温度应保证在10～50℃范围内，观察显示时光亮度至少为500Lux，渗透时间20分钟，显像时间10～30分钟。

（2）在编号为1#、2#、3#的锻件上分别取样作低倍、非金属夹杂试验。试样沿着横向（垂直锻造方向）锯下距端面长度为20mm的低倍试样（低倍试样端面为锻件原始横截面），在余下的锻件横截面中心处（因缺陷集中在此部位）取一个非金属夹杂试样。

低倍试验检测结果：一般疏松1.0级 ；中心疏松1.0级；锭型偏析1.0级，未发现肉眼可见的缩孔、气泡、夹杂、白点。

夹杂试验检测结果：夹杂A类0.5级，B类1.0级，C类1.0级，D类1.0级，DS类0.5级。

以上结果排除了一些不可能的缺陷类型，比如缩孔、气泡、夹杂、白点，且检验结果同时也是满足标准规范要求的。

（3）在编号为4#、5#、6#锻件上按照国标作塔形试验（检测是否存在发纹）。再选取试样作塔形试验。塔形试验有两种方法，一种是塔形发纹磁粉检测方法；另一种时塔形发纹酸浸检测方法。先把试样按标准《GB/T10121-2008塔形发纹磁粉检测方法》加工成塔形试样作荧光磁粉检测，把每个阶梯上的发纹都标出来，然后按照标准《GB/T15711-1995塔形发纹酸浸检测方法》对荧光磁粉检测到的发纹位置做针对性检测。

根据国标GB/T10121-2008的尺寸要求加工塔形试验，进行荧光磁粉检验，见图2。结果在3个试样件的每个阶梯上都发现了沿纵向随机分布的线性缺陷，长度在3～8mm之间。而后又按照国标GB/T15711-1995进行酸浸蚀检测，将缺陷一处一处腐蚀处理，检测结果见图3。将腐蚀后的试样选取一个缺陷位置用手拿着纱布沿轴向方向打磨，可以看到缺陷逐渐变浅然后去除，这说明线性缺陷的深度较浅。将该试样的各个台阶圆周面车除1mm深度，再次进行荧光磁粉检验，仍发现有线性缺陷，说明锻件从外圆周到中心的各个层面存在此类缺陷，可以判断类型为发纹。因为发纹都是沿纵向（锻造方向）分布，那么两端面作液体渗透检验时会出现密集型点状显示，从而出现了本文一开始的检测结果。

塔形试样的磁粉检测采用直接通电法，在距光透镜滤色片380mm处的被检表面黑光强度应不低于800μW/cm2。经加工后的试样其表面粗糙度Ra值为1.6μm，两端平整无斜度、无锈蚀、无划伤、不受砂子、纤维屑、油垢、涂料等污染，清洁干净。将试样在磁粉检验设备的两个磁化夹头间夹紧，保证两端接触良好，防止松动或打弧。磁化电流每次持续时间一般不少于0.5s。使用交流电时，因为锻棒的直径为70mm，采用的磁场强度为350～450A/25mm；为了更好地发现近表面发纹缺陷，可以使用直流电，磁化时间为上述值的二倍。

三、缺陷产生原因

根据上述实验分析，在判定这批锻棒两端面中心部位在精加工后出现的密集型点状缺陷是发纹后，可以认为锻件中产生此类缺陷的原因可能有a冶炼钢水的纯净度（夹杂物情况）；b钢水的浇注温度（钢水凝固后的致密度，疏松和气孔的形成）；c钢锭锭型规格和形式（短粗式或细长式）；d锻造锻压比（钢锭锻造时的镦粗拔长过程）。

对于锻件中，因发纹的存在而对产品使用性能所产生的影响说法不一，有的认为发纹的存在不影响或降低材料标准规定的常规力学性能指标，本文中锻件虽然有发纹存在，但力学性能各项要求都是满足标准规范的；也有的认为发纹有可能在一定取向上影响机械零件的疲劳性能。

四、避免措施

为了避免发纹在钢中产生的原因和特征，采取如下措施：1控制原材料，采购的钢锭处理要满足客户的采购规范中关于化学成份外，还应额外增加对S、N、H、O、AL等元素的加严要求，控制这些元素含量有利于减少非金属夹杂，减少发纹的形成数量；2钢锭在锻造时须有足够的变形次数及足够的锻造比，尽可能地消除缩孔、气泡等缺陷，减少发纹形成数量；3锻造后对锻件的非金属夹杂物及锻棒发纹进行抽样检测。

参考文献

［1］GB/T226-91钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验

［2］GB/T15711-1995塔形发纹酸浸检测方法

［3］GB/T1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级图

［4］GB/T1056-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法

［5］JB/T4730.4-2005承压设备无损检测,第4部分,磁粉检测

［6］JB/T4730.5-2005承压设备无损检测,第5部分,渗透检测

［7］GB/T18851-2005 无损检测 渗透检测

［8］GB/T15822-2005 无损检测 磁粉检测

［9］2007 Edition ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section Ⅴ Nondestructive Examination

［10］GB/T10121-2008塔形发纹磁粉检测方法