文/馬秀英·巨力索具股份有限公司

Q460C低合金高強(qiáng)鋼鍛造開裂問題的解決措施

文/馬秀英·巨力索具股份有限公司

某批出口的產(chǎn)品，客戶指定用Q460C低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼加工制造。產(chǎn)品鍛造過程為兩端頭部加熱→頭部鐓粗→再加熱頭部鐓粗部位→頂球→拍扁而成。產(chǎn)品制造用原材料為φ65mm熱軋圓鋼，在頭部鍛造加工成形過程中，出現(xiàn)了嚴(yán)重的批量開裂事故，導(dǎo)致生產(chǎn)不能正常進(jìn)行，不得不停產(chǎn)分析開裂原因，頭部鍛造開裂的產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 460C低合金結(jié)構(gòu)鋼鍛造開裂產(chǎn)品

開裂原因分析

產(chǎn)品用鋼的化學(xué)成分見表1。

由測(cè)試分析結(jié)果可以看出，產(chǎn)品用鋼的成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。鍛造開裂的產(chǎn)品工藝控制始鍛溫度為1180℃，終鍛溫度為850℃，符合常規(guī)鍛造的溫度控制規(guī)范。

■表1 樣件的化學(xué)成分和標(biāo)準(zhǔn)要求的對(duì)比結(jié)果 （ω，％）

檢查開裂的鍛件外觀，認(rèn)為與鍛造加熱溫度過高，嚴(yán)重過熱引起的鍛造裂紋非常相似。因Q460C鋼屬于低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，廣泛用于廠房、建筑、車輛、橋梁、塔架等焊接、鉚接、栓接制作的一般結(jié)構(gòu)件或通用結(jié)構(gòu)件?？紤]到為了增強(qiáng)抗大氣腐蝕能力，冶金過程中銅含量控制比一般合金結(jié)構(gòu)鋼高，鎳銅比例控制往往也高于一般合金結(jié)構(gòu)鋼。銅熔點(diǎn)為1083℃，當(dāng)加熱溫度超過1100℃，因選擇性氧化作用富銅層將熔化侵蝕鋼表面層的晶粒邊界，在1100℃以上鍛造時(shí)，會(huì)發(fā)生熱脆現(xiàn)象，使鍛件表面發(fā)生魚鱗狀開裂現(xiàn)象，基于這個(gè)理論，我們首先制訂了兩種試驗(yàn)方案：

⑴將鍛造加熱溫度調(diào)整到1100℃，始鍛溫度1080℃，終鍛溫度850℃。

⑵進(jìn)行溫鍛試驗(yàn)，加熱溫度820℃，始鍛溫度800℃，終鍛溫度600℃。

在制訂并實(shí)施試驗(yàn)方案的同時(shí)，我們積極地與鋼廠取得聯(lián)系，將鍛造開裂件的圖片傳給鋼廠的冶金專業(yè)高級(jí)工程師，他們的意見也是建議我們降低鍛造加熱溫度，嚴(yán)格控制鍛造過程。

按照新的試驗(yàn)方案，我們進(jìn)行了試驗(yàn)，按方案⑴進(jìn)行鍛造的試驗(yàn)件，鍛件仍舊開裂，情況與圖1相同；方案⑵進(jìn)行的溫鍛試驗(yàn)因變形抗力大，鍛件無法完全成形。

至此，生產(chǎn)試驗(yàn)工作已經(jīng)不能進(jìn)行，為了找到鍛造開裂的真正原因，在自由鍛錘上做了鍛造工藝性試驗(yàn)，鍛件加熱到1100～1300℃之間，在任意溫度進(jìn)行自由鍛造均未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。為了找到產(chǎn)品頭部模鍛開裂的真正原因，并分清是在頂球還是在拍扁過程中何時(shí)產(chǎn)生的鍛造裂紋，我們將頂球拍扁分開進(jìn)行，頂球后冷卻下來，打磨觀看無裂紋，再重新加熱球部到1150℃，進(jìn)行拍扁，鍛件完好無裂紋。同時(shí)，我們用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)連續(xù)鍛造過程，發(fā)現(xiàn)頂球后連續(xù)拍扁時(shí)的始拍溫度（也就是拍扁的始鍛溫度）大約在985℃左右。這個(gè)溫度正好在鍛造的紅脆區(qū)，即高溫脆性又可稱為“熱脆性”，鋼的沖擊韌度極低，在此溫度下鍛造，易產(chǎn)生裂紋。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，我們確定了Q460C鍛造開裂的真正原因是在頂球后連續(xù)拍扁的過程中，因拍扁的始鍛溫度控制不當(dāng)而導(dǎo)致。

改進(jìn)措施

工藝試驗(yàn)后，我們又與鋼廠的專業(yè)技術(shù)人員溝通得知，Q460C包晶鋼在鋼廠連鑄坯時(shí)容易產(chǎn)生星狀裂紋，供我們使用的這批鋼材鋼水成分銅含量是嚴(yán)格按照熱壓力加工鋼材控制的，銅含量不超過0.20％，鋼材的最高熱加工工藝溫度可以達(dá)到1300℃，也就是說加熱溫度不大于1300℃，不會(huì)產(chǎn)生過熱問題。經(jīng)過與他們共同探討研究后決定，將鐓粗后產(chǎn)品再次頂球拍扁連續(xù)鍛造的加熱溫度調(diào)整到1250℃，并確保已經(jīng)鐓粗的頭部部位均勻奧氏體化后迅速地頂球、拍扁，保證拍扁的始拍溫度在1050～1100℃之間，終止溫度在985℃以上，整個(gè)過程用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。按照此熱加工工藝規(guī)范進(jìn)行鍛造的產(chǎn)品無一開裂，成功解決了500t鋼材鍛造成形的燃眉之急，探索出了一條Q460C低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼連續(xù)模鍛的熱加工工藝方法，為今后的生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

結(jié)束語

綜上所述，本文通過調(diào)整鍛件的加熱溫度以及加熱時(shí)間，嚴(yán)格控制鍛造變形過程的始鍛和終端溫度，成功解決了常規(guī)鍛造Q460C開裂的問題，并總結(jié)出如下注意問題：

⑴Q460C是低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，若用于鍛件生產(chǎn)，在材料采購協(xié)議中應(yīng)要求鋼廠控制冶金過程的銅含量，嚴(yán)格按照熱壓力加工控制銅含量不大于0.20％。

⑵Q460C低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼連續(xù)鍛造，若某環(huán)節(jié)的始鍛溫度在985℃左右，鍛件具有開裂的風(fēng)險(xiǎn)性。

⑶用于熱壓力加工用途的Q460C低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，在實(shí)際鍛造生產(chǎn)過程中，熱加工工藝溫度控制在1300℃以下，不會(huì)產(chǎn)生鍛件的過熱問題。

⑷Q460C低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼連續(xù)模鍛坯料加熱時(shí)間應(yīng)保證奧氏體充分均勻化。

⑸Q460C低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的連續(xù)模鍛，加熱溫度控制在1250℃，加熱時(shí)間保證奧氏體充分均勻化，連續(xù)鍛造過程中的最后環(huán)節(jié)的始鍛溫度控制在1000℃以上，最好在1050～1100℃之間，可確保鍛件成形，避免鍛造裂紋的產(chǎn)生。

馬秀英，工程師，從事熱處理工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備調(diào)控二十余年，現(xiàn)主要研究海洋石油吊索具類高強(qiáng)度、低溫等鍛件的熱處理技術(shù)。曾獲河北省、保定市科技進(jìn)步獎(jiǎng)，獲發(fā)明專利1項(xiàng)、實(shí)用新型專利兩項(xiàng)。

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