Q460C低合金高強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

Q460C低合金高強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)了嚴重的批量開裂事故，導致生產(chǎn)不能正常進行，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)品用鋼的化學成分見表1。

由測試分析結(jié)果可以看出，產(chǎn)品用鋼的成分符合國家標準規(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 樣件的化學成分和標準要求的對比結(jié)果 （ω，％）

檢查開裂的鍛件外觀，認為與鍛造加熱溫度過高，嚴重過熱引起的鍛造裂紋非常相似。因Q460C鋼屬于低合金高強度結(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。考慮到為了增強抗大氣腐蝕能力，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。銅熔點為1083℃，當加熱溫度超過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，會發(fā)生熱脆現(xiàn)象，使鍛件表面發(fā)生魚鱗狀開裂現(xiàn)象，基于這個理論，我們首先制訂了兩種試驗方案：

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

⑵進行溫鍛試驗，加熱溫度820℃，始鍛溫度800℃，終鍛溫度600℃。

在制訂并實施試驗方案的同時，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)高級工程師，他們的意見也是建議我們降低鍛造加熱溫度，嚴格控制鍛造過程。

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

至此，生產(chǎn)試驗工作已經(jīng)不能進行，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，鍛件加熱到1100～1300℃之間，在任意溫度進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產(chǎn)生的鍛造裂紋，我們將頂球拍扁分開進行，頂球后冷卻下來，打磨觀看無裂紋，再重新加熱球部到1150℃，進行拍扁，鍛件完好無裂紋。同時，我們用遠紅外測溫儀監(jiān)測連續(xù)鍛造過程，發(fā)現(xiàn)頂球后連續(xù)拍扁時的始拍溫度（也就是拍扁的始鍛溫度）大約在985℃左右。這個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)過反復試驗，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而導致。

改進措施

工藝試驗后，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到1300℃，也就是說加熱溫度不大于1300℃，不會產(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，整個過程用遠紅外測溫儀進行嚴密監(jiān)控。按照此熱加工工藝規(guī)范進行鍛造的產(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。

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

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

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

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

⑸Q460C低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的連續(xù)模鍛，加熱溫度控制在1250℃，加熱時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，從事熱處理工藝設計及現(xiàn)場工藝設備調(diào)控二十余年，現(xiàn)主要研究海洋石油吊索具類高強度、低溫等鍛件的熱處理技術(shù)。曾獲河北省、保定市科技進步獎，獲發(fā)明專利1項、實用新型專利兩項。

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