20Mn—C舵杆探伤不合缺陷分析及工艺优化

20Mn—C舵杆探伤不合缺陷分析及工艺优化
作者：魏东升郭杰
来源：《华夏地理中文版》2015年第04期
摘要：采用低倍酸洗、断口分析及扫描电镜能谱分析等手段确定了舵杆探伤不合的缺陷为大量的镁铝酸钙夹杂，通过精炼炉VD后采用扩散脱氧、强化软吹及适当提高浇注温度的工艺优化措施，后期该锻件探伤合格率达到100%。

关键词：20Mn-C;探伤;夹杂物;扩散脱氧;软吹时间;浇注温度
舵杆是舵叶转动的轴，并用以承受和传递作用在舵叶上的力及舵给以转舵装置的力，也就是说舵机通过舵杆转动舵叶，舵叶承受水对其的反作用力使船舶实现转向。

舵杆属于船件里的关键部件，一旦在工作过程中发生折断等失效，后果将不堪设想。

我公司在2014年生产的一支20Mn-C舵杆锻件在超声波无损检测时发现水口端存在Ф15以上超密集缺陷。

为确定缺陷性质，对探伤不合位置精确定位后，用锯床切取了330mm×150mm试片，先做低倍酸洗，观察缺陷宏观形貌。

之后在低倍试片上取长150mm，宽50mm的断口试料，开V型断口后进行宏观断口及扫描电镜能谱分析。

一、试验结果分析
（一）低倍检验
酸洗后试片上出现了细小的裂纹，且裂纹位于A偏析区内。

（二）断口检验
将低倍试片上的裂纹区域取宏观断口试样，观察发现断口形态为典型的木纹状断口，堆积在一起呈条带状分布的夹杂物随处可见。

（三）扫描电镜能谱检验
根据扫描电镜能谱检验，堆积在条带处的密集型夹杂以Al、O及Ca元素为主，并含有少量的Mg元素的元素，其形貌特征是多数为沿纵向断口呈密集型长条状分布。

图1 扫描电镜下的缺陷形貌图2 夹渣处局部能谱成分检测结果
二、分析及讨论
（一）冶炼及浇注操作要点
电炉提供粗炼钢水→精炼炉真空精炼→真空浇注钢锭。

精炼炉在钢水受钢前，在包底加入2kg/T铝块，进行预脱氧。

渣料加入量石灰：萤石=4：1，用铝粉、硅铁粉扩散脱氧。

粉状脱氧剂在渣料加入后分两批加入，温度1560℃以后调整合金成分。

成分达到要求后将温度升至1650℃进入真空工位，在2乇以内保持20min。

真空结束后升温至1560～1570℃，按2kg/t加入铝铁进行终脱氧，然后出钢。

浇注采用塞杆吹氩方式，真空度不大于0.5乇，浇注温度1540～1560℃，浇注速度6-8t/min。

（二）讨论分析
根据扫描电镜分析结果，夹杂物主要为Al2O3、CaO，并含有少量的MgO。

由此可以判断该夹杂物主要是内生铝脱氧产物Al2O3与加入的石灰在真空搅拌的条件下，发生反应生成铝酸钙，在精炼期间没有充分上浮而滞留在钢液中。

同时，高温真空下的钢液对精炼包镁碳砖冲刷造成镁碳砖的部分剥落，剥落产生的MgO与铝酸钙结合形成镁铝酸钙而存在于钢液中。

在后期的软吹及浇注过程中，没有充分上浮而滞留于钢锭中形成缺陷，造成锻件探伤不合。

为减少此类夹杂物的形成，主要方法有：加强精炼炉的脱氧，降低钢中氧含量，真空后采用铝粉扩散脱氧;为促进夹杂物的上浮，真空后进行软吹操作，使小颗粒夹杂物有充分上浮的时间;适当提高浇注温度，使进进入钢锭模的夹杂物可以上浮到冒口中。

（三）改进措施
1. 精炼炉的扩散脱氧
为了保证炉渣的良好还原性及脱氧，减少沉淀脱氧夹杂物的形成，对冶炼工艺进行了优化调整。

真空后的终脱氧采用铝粉，禁止使用铝铁。

为了延长在白渣下的精炼时间，在白渣形成后，要每隔15min～20min继续向炉内加入20kg左右的粉状脱氧剂，确保渣中较低的FeO、MnO含量，使钢液氧含量小于20ppm。

2. 强化出钢前的软吹
真空结束调整完合金后，使软吹时间由原来的15min延长到30min，氩气流量由原来的50L/min降低到30L/min，目的使钢水中细小夹杂物有充分的时间聚集，长大并上浮。

3. 提高浇注温度
为促使进入钢锭中的夹杂物在凝固期间还有一定的时间上浮，将之前的浇注温度由原来的1540～1560℃提高为1560～1580℃。

三、结语
经扫描电镜能剖分析，探伤密集缺陷为镁铝酸钙，该夹杂物主要是由内生脱氧产物Al2O3与石灰及炉衬剥落的MgO发生反应形成的。

通过VD后采用扩散脱氧，强化软吹及适当提高浇注温度的方式，20Mn-C锻件后期探伤合格率达到100%。