上海雄鋼特種合金有限公司

1前言

GH2036臺(tái)金是以VD、M23C6碳化物為主要強(qiáng)化相的鐵基高溫臺(tái)金，主要用于WP一8發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)盤、二級(jí)盤和承力環(huán)。近年來，由長鋼三廠供四三O廠的GH2036合金餅坯(經(jīng)德陽二重模鍛)，在四三O廠的探傷和腐蝕工序中發(fā)現(xiàn)有裂紋、夾雜等缺陷。通過對(duì)一系列缺陷盤件進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)這些缺陷多屬于由碳化物、氧化物夾雜引起的裂紋，并且反應(yīng)在1998年生產(chǎn)的鋼錠靠近尾部的盤件上。本文通過對(duì)這些缺陷的分析與探討，提出相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施，確保GH2036合金質(zhì)量的穩(wěn)定性。從用戶對(duì)1999～2000年生產(chǎn)的GH2036合金反饋的質(zhì)量信息看，取得了較滿意的效果。

2缺陷類型

將1996、1998年生產(chǎn)的GH2036的缺陷類型歸于表1。

3缺陷產(chǎn)生原因分析

3.1異金屬夾雜

3.1.1對(duì)于“386—261—3”盤件的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該爐號(hào)的電極棒有裂縫，電渣操作工人用非本鋼焊條焊接焊縫，在重熔過程中，焊塊掉進(jìn)金屬溶池產(chǎn)生異金屬夾雜。

3.1、2對(duì)“388—5281—3”盤件的缺陷分析

(1)缺陷歷史機(jī)加工接近最終尺寸時(shí)，發(fā)現(xiàn)有“讓刀”和“啃刀”現(xiàn)象。

(2)缺現(xiàn)部位(見圖1a)

(3)金相觀察(見圖1b、c)

該缺陷為方形、白色塊狀物，與基本界限分明，顯微組織不同，比GH2036更耐腐蝕。

(4)能譜分析結(jié)果

白色塊狀物能譜分析結(jié)果

elmt Element/％?atonic/％

Co K 6.35 17.46

W M 93.65 82.54

加工用刀具刀頭能譜分析結(jié)果

elmt Element/％?atonic/％

Co 6.06

W 93.94

二者化學(xué)成分基本相同，該盤件缺陷屬加工用刀具刀頭殘留物。

3.2碳化物堆集引起的裂紋

3.2.1缺陷歷史

在機(jī)加工過程中發(fā)現(xiàn)，輪幅最高凸臺(tái)上近周向處有一長約8mm的裂紋，解剖后觀查距表面7mm，與凸臺(tái)呈45°角。

3.2.2金相觀察結(jié)果

對(duì)“388—3021—3”盤件的解剖試樣做金相觀察+發(fā)現(xiàn)裂紋邊緣有明顯的碳化物堆集(圖2a拋光試樣x100)。裂紋沿夾雜物密集分布的方向伸展，腐蝕后發(fā)現(xiàn)裂紋兩側(cè)有明顯的貧碳區(qū)(圖2b腐蝕后試樣x100)。

3.2.3原因分析

(1)電渣鋼錠尾部質(zhì)量差

電渣鋼的冶煉工藝特點(diǎn)決定了電渣錠尾部質(zhì)量較差。電渣重熔初期，渣溫相對(duì)較低，金屬熔池的形成也需要一個(gè)過程，金屬熔滴的凝固速度較快，夾雜物來不及上浮，碳化物不能充分?jǐn)U散而產(chǎn)生較嚴(yán)重的偏聚現(xiàn)象，形成碳化物的堆集，并且在其周圍形成貧碳區(qū)(如圖2b)。這種缺陷容易在鋼錠尾部“沉積錐”部分出現(xiàn)。

當(dāng)正常重熔后，金屬熔池已經(jīng)形成，渣池和金屬熔池溫度升高到正常重熔溫度，大塊的碳化物和非金屬夾雜物可充分上浮和分散，碳化物偏聚現(xiàn)象減少，組織結(jié)構(gòu)正常。

(2)不同固溶溫度對(duì)碳化物的影響

GH2036合金是以碳化物為強(qiáng)化相的高溫合金，其碳含量高達(dá)0．34～0．40％，強(qiáng)化相主要是彌散的Vc和M23c6，以及不可避免的一小部分一次MC相。這些碳化物只有在相當(dāng)高的溫度下才能溶解。而一次的Mc(主要是NbC)即使在1200~C的高溫也難以完全溶解(如圖3)。

在1170±1090的鍛造溫度下，一次的vC和N6C很難完全固溶，鋼錠尾部一次碳化物的偏聚現(xiàn)象難以消除，鍛造切尾量不足，使這類缺陷殘留在鋼材中。在模鍛的過程中沿碳化和堆集的部位產(chǎn)生裂紋。

3.3氧化物夾雜引起的裂紋

3.3.1缺陷歷史

探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)有當(dāng)量48的缺陷反射信號(hào)。解剖后發(fā)現(xiàn)該部位有2條長約7mm、12ram的裂紋，距盤件表面距離不足10mm(如圖4a)。

3.3.2金相觀察結(jié)果

對(duì)“388—4951—3”盤件的解剖試樣做金相觀察(如圖4b)，裂紋周圍有夾雜物密集分布。并沿著夾雜物分布的方向發(fā)展。通過電子探針對(duì)夾雜物做定性分析，結(jié)果夾雜物中si、Mn的含量明顯高于基體，Nb含量與基本相同，該夾雜物是含Si、Mn的復(fù)臺(tái)氧化物夾雜(如圖5)，該裂紋是氧化物夾雜引起的鍛造裂紋。

3.3.3原因分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，GH2036臺(tái)金電渣重熔過程中大頭c、Mn元素的燒損量如表2所示：

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，在重熔過程中不加任何附加劑的情況下。太頭Mn元素的燒損量平均達(dá)0.45％，最多可達(dá)0.69％。為保證成品Mn的最佳含量和大、小頭的均勻性.原工藝在化渣是渣中加電解Mn片或金屬M(fèi)n粉，重熔過程中均勻加Al粉來脫去渣料中的氧來控制Mn含量重熔初期，渣中的不穩(wěn)定氧化物(如SiO2)與電解Mn結(jié)合產(chǎn)生復(fù)臺(tái)氧化物，這些氧化物來不及上浮而凝固在鋼錠尾部，鍛造切尾量不足，使氧化物夾雜殘留在鋼材中。

4工藝改進(jìn)措施

4.1為限制一次碳化物(主要是NbC)的大量形成，熔煉母材時(shí)，應(yīng)控制不太高的C、Nb含量。根據(jù)電渣重熔過程合金元素的燒損情況，母材中C=0.36～037％，Nb=0.35％左右。

4.2為減少氧化物夾雜的大量出現(xiàn)，避免電渣重熔過程中加電解Mn片，母材Mn的含量控制在8-8％左右為宜。

4.3對(duì)于Φ550mm的電渣錠，其切尾量應(yīng)大于260Kg。

5結(jié)束語

通過對(duì)母材化學(xué)成分的調(diào)整、鍛造過程中增大鍛比和增加尾部切除量等一系列工藝改進(jìn)措施，2000年交付四三0廠的CH2036合金餅坯在德陽二重復(fù)驗(yàn)時(shí)，外觀和內(nèi)部質(zhì)量明顯改善，探傷過程未提出異議(反射信號(hào)當(dāng)量均≤Φ1.5)，晶粒尺寸≤3mm，已達(dá)到四三0廠成品的要求，GH2036合金餅坯質(zhì)量上了一個(gè)新臺(tái)階。