薛永棟 賀 強(qiáng) 鄭三妹 段少飛 李 雪

(中信重工核電研究所，河南471039)

我公司在核電鍛件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)SA-508-3-1鍛件-20℃的夏氏V形缺口沖擊功不合的問(wèn)題。為此我們進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

1 低溫沖擊韌性試驗(yàn)

1.1 化學(xué)成分

對(duì)-20℃的夏氏V形缺口沖擊功不合格的試件1與合格的試件2化學(xué)成分進(jìn)行了對(duì)比分析，見(jiàn)表1。從表1可以看出，試件1的C、Mn、Ni、Mo含量和試件2基本持平，有差異的是Al含量，試件1的Al含量比試件2高0.007%。

試件1和試件2-20℃的低溫沖擊功見(jiàn)表2。

表1 試件的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition (mass fraction, %)

表2 -20℃低溫沖擊功Table 2 -20℃ low temperature impact value

由表2可以看出，試件1的沖擊值明顯低于試件2的沖擊值，且-20℃的夏氏V形缺口沖擊功不合格的沖擊值為25 J，與其相鄰的試樣沖擊值為70 J，兩者的比值為1∶2.8。

1.2 金相組織

由圖1和圖2可以看出，Al含量的增加對(duì)細(xì)化晶粒度非常明顯。在相同的熱處理和鍛造工藝下，Al含量的減少使試件1的晶粒度由8級(jí)降低為試件2的6級(jí)。一般認(rèn)為細(xì)化晶粒能夠改善鍛件的低溫沖擊性能[1]，但是由表2的-20℃的夏氏V形缺口沖擊結(jié)果來(lái)看，晶粒度的降低并沒(méi)有使-20℃的沖擊功變差，試件2的沖擊功明顯高于試件1，這說(shuō)明晶粒度與試件1沖擊功急劇下降無(wú)關(guān)。

1.3 非金屬夾雜物

非金屬夾雜物評(píng)級(jí)見(jiàn)表3。

由表3可以明顯看出，對(duì)于B類氧化物夾雜試件1明顯高于試件2。對(duì)試件1沖擊功不合格的試樣斷口進(jìn)行了全面的SEM觀察，過(guò)程中觀察到斷口有夾雜物存在。由于這種觀察效果不是十分理想，隨后又將斷口進(jìn)行高倍研磨并做了光學(xué)顯微觀察[3]，這種情況下觀察到的夾雜物效果很理想。根據(jù)夾雜物形貌判斷為氧化鋁夾雜物，夾雜物金相照片見(jiàn)圖3。

回火索氏體 LM 200×圖1 試件1晶粒度8級(jí)Figure 1 Test piece 1 of grain size 8

回火索氏體 LM 200×圖2 試2晶粒度6級(jí)Figure 2 Test piece 2 of grain size 6

試件編號(hào)非金屬夾雜物(級(jí))A類B類C類D類粗細(xì)粗細(xì)粗細(xì)粗細(xì)試件1試件20.50.50.50.51.00.51.50.50.50.50.50.50.50.50.50.5

2 分析與討論

由于夾雜物存在的位置很特殊，正好在沖擊試樣V型缺口的底部垂直面上，而且這種夾雜物為脆性相的Al2O3，這兩種因素的疊加導(dǎo)致在沖擊過(guò)程中產(chǎn)生了較明顯的缺口效應(yīng)和應(yīng)力集中，從而致使沖擊值很低。

圖3 B類氧化物Figure 3 B type oxide

存在缺口效應(yīng)和不存在缺口效應(yīng)的兩種沖擊試樣，沖擊值大小在理論上計(jì)算的比例約為1∶3，低溫不合格的沖擊值為25J，與其相鄰的沖擊試樣沖擊值為70 J，兩者的比值為1∶2.8，基本上與理論計(jì)算相吻合，這在一定程度上印證了V型缺口處的夾雜物導(dǎo)致沖擊值偏低這種結(jié)論的正確性。

根據(jù)化學(xué)成分、夾雜物形貌和上述分析判斷，引起試件1-20℃的夏氏V形缺口沖擊功不合格的原因是有Al2O3夾雜。雖然按ASTM E45評(píng)級(jí)非金屬夾雜不超過(guò)1.5級(jí)，符合ASME對(duì)SA-508-3-1核電用鋼的技術(shù)指標(biāo)要求，但是-20℃的夏氏V形缺口沖擊功仍然出現(xiàn)不合格，所以必須嚴(yán)格控制鋼中的Al2O3夾雜。

3 結(jié)論

(1)Al2O3夾雜是導(dǎo)致沖擊韌性下降的主要原因，夾雜應(yīng)該是冶煉方法或澆注偏析造成的。

(2)盡可能減少氧在鋼中的含量，把鋼中Al含量控制在適當(dāng)?shù)姆秶抵畠?nèi)，以減少Al2O3的形成環(huán)境。

(3)最好讓鋼錠中的Al以氮化鋁的形式存在[2]，盡可能的將N/Al控制在0.55～0.65范圍之內(nèi)。

[1] 顧林豪，隋鶴龍，王彥峰，吳斌，王根磯. Q345E厚板低溫沖擊性能不合格原因分析與對(duì)策[J].軋鋼,2009(5)；55-56，62.

[2] 王瑞卿. 鋼中的氮化鋁及其對(duì)鍛造裂紋的影響[J].大型鑄鍛件，1994(3)；24-28.

[3] ASTM E45—1997 鋼中夾雜物含量的評(píng)定方法[S].