电站转子锻件缺陷研讨范文

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《大型铸锻件杂志》2016年第5期

摘要:

某公司生产的电站转子在精加工过程中发现其大法兰端面及外圆出现裂纹，为此，采用低倍检验、化学成分分析、断口分析、金相检验、扫描电镜分析等方法，对缺陷进行了综合分析。结果表明:转子外露裂纹缺陷是注锭时表面附带夹渣的水口冷瘤掉入钢锭所致。

关键词:

转子锻件;缺陷分析;异金属夹杂;水口冷瘤

某公司生产的电站转子，生产工艺流程为:双真空熔炼→锻造→粗车→超声检测→热处理(性能热处理)→半精车→超声检测→检查硬度→理化检验(包括残余应力)→半精车→热处理(消应处理)。在精加工过程中发现转子大法兰端面及外圆出现裂纹缺陷，转子的整体外观及发现裂纹缺陷的位置见图1。缺陷在转子大法兰的外圆面上和端面上均肉眼可见，形貌分别见图2、图3所示。在图2中所示位置取横向低倍试片A、B和圆周方向试片C进行缺陷分析。

1理化分析

1．1低倍实验

将所取的A、B、C试片磨制后进行热酸蚀实验，各位置的低倍宏观形貌分别见图4～图6所示。对A试片和B试片依据GB1979—2000进行低倍组织评级，评级结果为:一般疏松1．0，中心疏松1．0，锭型偏析1．0，点状偏析1．0，结果显示锻件质量良好。但在试片上缺陷的位置，发现一个横截面形状近似为“C”形的柱状异常组织区域，该缺陷在A试片即大法兰端面位置混入转子基体的体积和面积最大，在B试片上只剩下一条分界面，已基本被加工掉。由于异常组织位于转子靠近水口端的法兰处，在被最终发现之前，已经过多道加工工序，因此可以合理的推测缺陷的原始形状为“C”形柱状结构，只是在生产过程中“C”的弓顶被加工掉，而成为我们目前在低倍试片上看到的相互分开的两部分。大法兰位置“C”形异常组织的推测原始形态见图7所示。此前肉眼可见的裂纹缺陷均位于异常组织边缘与基体的分界线上，部分分界线未形成裂纹，局部放大后如图8所示。

1．2化学成分分析

在低倍试样上的正常基体位置及异常低倍缺陷位置分别取样进行化学成分分析，结果见表1。从表1可以看出，试样正常基体位置各元素的含量均符合JB/T1265—2002中对30Cr1Mo1V的成分要求，化学成分正常。缺陷位置除C、Cr、Mo元素的含量稍有差别之外，其他元素含量与正常基体并无显著差别。

1．3断口分析

在图4低倍试片中间划线处沿缺陷背面开槽压断口，断口宏观形貌见图9所示，从图9可以看出，正常处断口为结晶状断口，缺陷处上有一灰黑色条带，无金属光泽，其为被打开的裂纹，裂纹已经沿纵向贯穿试片。

1．4电镜分析

在图9黑色方框所示位置取样进行电镜分析，低倍形貌见图10所示。灰黑色条带上镶嵌着细小分散的夹杂物，见图11所示。附近有沿裂纹分布的夹杂物，见图12所示。正常断口区域为解理和准解理形貌，见图13所示。

1．5金相分析

在低倍缺陷A2处取试样进行金相分析。试样经磨制、抛光后在金相显微镜下观察，裂纹附近存在大量的链状夹杂物，如图14所示。试样经4%硝酸酒精溶液腐蚀后，裂纹两侧无氧化脱碳现象，如图15所示。正常区域显微组织为回火索氏体，晶粒度6级，组织正常，如图16所示。

2分析与讨论

转子大法兰处裂纹附近的异常组织在酸浸试片上呈现出与基体不同的色泽，其形状不规则但边缘比较清晰，裂纹两侧无氧化脱碳现象，可以初步排除该裂纹为锻造裂纹、夹杂(渣)裂纹或缩管残余等缺陷。根据异常组织化学成分与转子基体的成分相比并无显著差别，以及异常组织位置Si含量很低的检测结果，可以确定转子大法兰位置的缺陷非焊补所致。因此，结合该转子锻件的实际生产过程，分析认为该转子大法兰上的异常组织应是钢锭在注锭时水口冷瘤掉入钢锭形成的与基体材质差别不大的异金属夹杂缺陷。钢锭内部存在异金属夹杂物的原因主要是浇注过程中，外来金属掉入模内，补加的铁合金(包括钢包中加入的)不能全部熔化或扩散不均匀，或者钢包水口凝结的冷瘤掉入模内等原因造成的［1］。采用双真空生产的钢锭，在其真空浇注过程中，钢液从水口喷淋而下，一些钢液液滴会顺水口内壁流下。此时如果水口预热温度不够，或者浇注温度偏低，就会导致顺水口流下的液滴如冬季屋檐结冰一样在水口边沿凝固下来，形成水口冷瘤。当冷瘤尺寸逐渐增大，以至于冷瘤与水口之间的结合力不足以维持冷瘤重力时便会掉入模内，形成钢锭内的异金属夹杂。经过炉外精炼的钢水，尽管洁净度很高，但残留在钢液中的少量夹杂物(脱氧产物和二次氧化产物)在浇注过程中会沉积在水口内壁和冷瘤表面，从而形成在冷瘤表面聚集的夹杂物。当冷瘤掉入模内形成异金属夹杂缺陷以后，冷瘤表面的这些夹杂物，以及冷瘤的部分彻底凝固成固体的表面氧化膜，便对结瘤与锻件基体产生阻隔作用，形成难以锻合的原始界面裂纹。因此，通过前述综合实验和分析可知，转子上所发现的裂纹缺陷为异金属夹杂与基体的分界面，异金属夹杂的界面因附着有脱氧产物、二次氧化产物和氧化膜等，而与基体产生分隔形成界面裂纹。

3措施

由于异金属夹杂物破坏了钢组织的完整性，而且其边界容易形成难以锻合的界面裂纹，因此它属于不允许存在的缺陷，需要采取以下措施尽量避免该缺陷的产生:(1)提高浇道管预热温度，做好水口预热处理。适当提高钢水浇注温度，尽量避免水口浇道管形成较大冷瘤。(2)随时通过窥视孔观察水口动态，采取有效措施防止水口冷瘤掉入钢锭。

4结论

(1)转子锻件裂纹缺陷是钢锭内部的异金属夹杂与基体的分界线。(2)该异金属夹杂是真空注锭时掉入钢锭内部的水口冷瘤。

参考文献：

［1］姜锡山．钢中非金属夹杂物［M］．北京:冶金工业出版社，2011:252－253．

［2］大型铸锻件缺陷分析图谱编委会．大型铸锻件缺陷分析图谱［M］．北京:机械工业出版社，1990:64－85．

［3］刘贺，周巍，乔坚，等．30Cr1Mo1V高中压转子缺陷性质分析［J］．大型铸锻件，2015(2):23－25．

［4］牛志峰．改善高中压转子因非金属夹杂致废的探讨［J］．大型铸锻件，2015(3):29－30．

作者:毛宽亮 梁永涛 郭亚森 刘铁山 万中停 宋亚虎 赵学谦 单位:洛阳中信重工机械股份有限公司计量检测中心