李鸿磊 张秋征
中国一重集团有限公司，黑龙江省齐齐哈尔市 161042
摘要：我公司在生产34CrMo1船用中间轴锻件时两端冲击功偏差较大，对此原因进行了分析。分析结果表明，锻件冒口端冲击较低的原因是由于钢中存在少量的不超标夹杂物。针对此原因，提出了相关改进措施。
关键词：中间轴；冲击功；夹杂物
近期，我公司在制造某船用中间轴锻件时出现水、冒口两端冲击功偏差较大的问题。主要表现为锻件水口端冲击功较高，冒口端冲击功相对较低，如表1所示。
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1 高倍检验
船件中间轴锻件材质为34CrMo1，冶炼方法为真空脱气加真空浇注，对锻件水、冒口两端的冲击残样分别进行金相和扫描电镜分析。
1.1 金相分析
对锻件水、冒口冲击残样观察金相组织，结果如图1所示。
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通过观察金相可以看到，锻件在水口端和冒口端组织差异不明显，都有不同程度的组织偏析，亮区组织为贝氏体回火组织+少量回火索氏体组织，暗区组织为回火索氏体组织+极少量贝氏体组织。
1.2 扫描电镜分析
对4号中间轴锻件水口端冲击功为196J的试样进行断口宏观观察，起裂塑性变形区和两侧剪切唇塑性变形较大，纤维区均匀分着数量较多且大而深的韧窝，样品有较大的侧膨胀，表明断裂过称中塑性变形吸收较大的冲击功。观察起裂区的显微形貌，未见冶金缺陷。结果如图2所示。
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对4号中间轴锻件冒口端冲击功为66J的试样进行断口宏观观察，断口较为平直，放射区所占比例较大，呈结晶状，起裂塑性变形区和两侧剪切唇均相对较小，未发现有肉眼可见的冶金缺陷。在扫描电镜下，断口起裂塑性变形区和快速断裂区中均未发现有影响断口形态的夹杂物，起裂塑性变形区内断口形态呈韧窝状。快速断裂区断口形态呈准解理状。放大2500倍观察起裂区形貌，可以观察到≤10μm级别的极少量的小颗粒夹杂，应用能谱仪对钢中夹杂物进行成分分析，其成分主要以Al、Mg、O为主。断口分析结果表明，锻件冒口端的小颗粒夹杂相对较多，小尺寸的夹杂物尽管不至于引起早期断裂，但由于其存在削弱了材料的连续性，最终导致冲击功出现波动。
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综上所述，锻件冒口端冲击功均值在60J的水平，满足要求值≥30J。目前的冶炼水平下，冒口端存在不超标的极少量小颗粒夹杂物，是造成水冒口冲击功偏差较大的主要原因。
2 原因分析与改进措施
2.1原因分析
经分析，锻件内存在的夹杂物有以下两个来源：
1）钢-渣界面活性元素动态平衡而引入的细小夹杂。钢-渣液面附近总会滞留大量细小的氧化物，并随着高温钢液的热对流而弥散于钢液。这些细小的氧化物只有聚集长大到一定尺寸，其产生的向上浮力足于抵抗其他合力时，才会顺利通过钢-渣界面进入炉渣。从整个过程来看，钢液中不可避免地存在大量细小的氧化物，并保持到后续浇注过程中。另外，加入造渣剂造渣的过程中也会形成大量细小的氧化物。
2）凝固过程中生成的夹杂。钢液冷却和凝固过程中，[O]溶解度随温度降低而下降，同时偏析使得[O]浓度不断上升，钢液中活性元素与[O]化学反应平衡向生成氧化物的方向偏移。生成的氧化物在钢中很难排除，大多会残留在树枝晶间或最后析出于晶界上。钢锭浇注结束后，夹杂物没有完全上浮，残留在钢锭中，因在冒口端存在正偏析，出现夹杂物的富集，因此冒口端夹杂物要多于钢锭其它区域，最终引起冲击值差异。
2.2改进措施
针对锻件冒口端小颗粒的镁铝尖晶石夹杂物，改善措施主要三点。第一，钢液VD处理后，适当延长软吹时间，由原来的20min提高到30min，充分促进细小夹杂物在氩气作用下上浮进入到渣中。第二，为保证钢水中夹杂物在锭模内有足够的时间上浮，将浇注温度在原来基础上提高10℃。第三，采用保温冒口，提高冒口的保温能力，延长钢锭冒口的凝固时间。
3结论
1）锻件水、冒口两端冲击功差异较大的原因时冒口端存在细小的夹杂物导致冲击功降低。
2）通过提高软吹时间、浇注温度和冒口保温能力能够减小钢水中的细小夹杂物。
参考文献
[1] 中国第一机械厂与哈尔滨工业大学编著. 大型铸钢件生产[M].黑龙江人民出版社，1979年.
[2] 崔忠圻. 金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，1988年.