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h13钢坯粗后缺陷原因分析 p13（4rc5mo）具有良好的综合力学性、抗热疲劳性能和对金属冷态侵蚀的抗性。广泛应用于压力机、铝压铸机、热挤压机等的建模和压力机。这是世界上应用最广泛的热作用钢。某公司?200 mm成材工艺路线为EAF+LF+VD→模铸1.2 t锭→钢锭加热→锻制?200 mm棒材→退火→超声波探伤→精整、包装、入库。超声探伤检验时心部未发现超标缺陷。用户将钢材镦粗成?360 mm模具坯料后进行超声波探伤, 发现非冒口端镦粗后心部无缺陷, 冒口端镦粗后心部有缺陷。本文对?200 mm冒口端、非冒口端及?360 mm坯料心部缺陷进行分析, 试图找出缺陷产生原因。 1 物理和化学试验 1.1 分析的弱化 化学成分分析结果见表1。该钢材的化学成分符合标准GB/T1299―2000技术要求。 1.2 非冒口端锭型偏析分级gb/切取棒材两端试样, 横截面车光后热酸蚀检验, 根据GB/T1299―2000标准图片进行评级, 非冒口端锭型偏析3级、中心疏松2.5级;冒口端锭型偏析4级、中心疏松5级。 1.3 非冒口端试样二次碳化物分布 分别切取?200 mm冒口端、非冒口端及?360 mm坯料中心缺陷部位试块, 研磨纵截面, 经硝酸酒精浸蚀, 采用金相显微镜、扫描电镜、电子探针观察。非冒口端试样二次碳化物呈网状分布, 二次碳化物密集区域可见少量块状一次碳化物, 见图1。冒口端试样可见密集一次碳化物, 沿纵向呈条带分布, 颗粒粗大, 棱角分明, 见图2。坯料试样缺陷为大小不等的孔洞, 孔洞周围可见一次碳化物, 颗粒较头部试样细小, 见图3。经EPMA分析, 一次碳化物主要为Mo、V的碳化物, 见图4。 2 次碳化物的应用 从?200 mm棒材检验结果看, 冒口端锭型偏析及中心疏松比非冒口端严重;冒口端的二次碳化物偏析比非冒口端严重;冒口端二次碳化物的数量和颗粒大小比非冒口端严重。在二次碳化物聚集区域通常会有一次碳化物的出现。二次碳化物带状越严重, 则出现一次碳化物的颗粒越大、数量越多。钢锭采用下注法浇注, 采用锥形钢锭模。在钢锭浇注过程中钢锭非冒口端冷却较快, 成分偏析较好;钢锭冒口端冷却较慢, 成分偏析较严重。钢锭冒口端在凝固过程中由于树枝状偏析而产生亚稳共晶莱氏体, 形成含Mo、V的一次碳化物, 经热压力加工后破碎成不规则的小块状碳化物, 并沿着延伸方向呈链状或条状分布, 超声波探伤时密集的一次碳化物形成伤波。 镦粗后开裂试样中心缺陷与一次碳化物密切相关。一次碳化物有很高的硬度和脆性, 尤其当颗粒尺寸较大、边缘棱角分明时, 容易造成应力集中。在镦粗变形时, 边界的地方形成裂纹及孔洞。常规的热处理无法消除大块的一次碳化物, 这些碳化物在模具的淬火、回火处理得不到改善, 对模具的冲击韧性影响较大。 通过试验结果可知, 颗粒尺寸较小的一次碳化物在镦粗过程中进一步破碎, 因此尾部钢材镦粗后经超声波探伤未见缺陷。裴悦凯等研究表明:单向热锻拔长不能有效地提高钢材横向止裂性能;增加锻造比仅能提高钢材纵向冲击性能, 不能有效提高钢材横向冲击性能。所用?200 mm棒材成材工艺为单向拔长, 即使继续增加锻造比, 也不能有效改善钢材横向性能, 导致横向镦粗后仍有可能开裂。通过试验, 对有伤波?360 mm坯料进行多次镦拔后重新探伤, 心部未见伤波。 3 钢锭冒口消极影响的一次碳化物vd (1) 根据?200 mm冒口端、非冒口端及?360 mm坯料对比分析, 钢中密集、块状的一次碳化物是引起镦粗开裂的主要原因。 (2) 钢锭冒口端的锭型偏析、中心疏松、二次碳化物偏析较非冒口端严重, 因此在冒口端聚集的块状含Mo、V一次碳化物较严重。在钢锭浇注过程中应选择合适的锭型、帽口、浇钢温度、浇注速度等, 改善锭型偏析、中心疏松、二次碳化物偏析, 防止一次碳化物产生。 (3) 通过对钢材进行多次镦拔, 可使大块的一次碳化物破碎, 从而改善工件心部质量。在钢材成材时可采用镦拔工艺而非单向拔长, 从而改善圆钢心部质量。