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42CrMo钢合金钢圆钢棒材剪切开裂分析与改善措施
作者:聚晋021-36511970     点击:2616     发布时间:2012-05-29

某特殊钢有限公司生产的42CrMo材料,规格有Φ55、Φ58、Φ60等,用户在剪切下料过程中出现下料剪切裂纹现象(如图)。包括在轧制后的剪切裂纹和用户下料剪切裂纹。大部分剪切裂纹在钢厂生产剪切时产生的,一般情况下企业均通过提高剪切温度的方法来预防。而在用户下料时出现端面裂纹的几率比较小。因此,用户、钢厂都很少进行系统分析,也有个别钢厂采用软化退火的方式来针对性解决问题。这种裂纹发生率大概4%左右,给后续的生产工序带来影响。主要体现在:有些裂纹很细肉眼无法检查,而磁粉探伤只能检测到零件横向表面缺陷,这样,下料时若发现个别料件有端面裂纹,则整批料都需在探伤时人工翻转对端部进行探伤。在2支开裂样件端部分别切取试片X-1和X-2,对其主要化学成分进行了检验,结果符合GB/T3077-1999标准要求。出现端裂的42CrMo材料夹杂物无明显异常,且夹杂物级别较低。后,将试样横截面研磨抛光,用4%的HNO3溶液侵蚀后在金相显微镜下观察,开裂圆钢的显微组织为块状珠光体+网状铁索体+贝氏体,为异常组织,二者与正常42CrMo组织(F+P)差别很大。裂纹中间无杂物,无脱碳迹象。42CrMo金相组织中有贝氏体。有关资料显示42CrMo钢容易产生贝氏体组织。铬、钼和锰等合金元素在钢中的扩散系数远小于碳元素,其在钢中的扩散系数随着温度的升高而增加, 因此,含铬、钼等合金元素的钢应在高温区加热,以利于其均匀扩散。铬、钼元素可显著提高钢材的淬透性,铬、钼、锰的配合可明显推迟奥氏体向铁素体和珠光体的转变,在较宽的冷却速度范围内获得贝氏体组织,甚至马氏体组织。因此,42CrMo在加热不充分及冷却速度不适的情况下,微观组织内铬、钼元素偏析严重,导致偏析区形成贝氏体组织,甚至能产生少量马氏体,这也是钢材硬度呈现偏高的原因。42CrMo钢热轧后形成形成大量的伪共析组织铁素体是碳在A-Fe中的间隙固溶体,体心立方晶格,它的溶碳量很小,最多只有0.0218% (727e时),室温时几乎为0。因此铁素体的性能与纯铁相似,硬度低而塑性高。由铁碳相图得知,亚共析钢在平衡态冷却条件下,先析出铁素体,当温度达到727e时,开始共析转变,最终转变为块状铁素体加上团絮状珠光体组织。当钢加热至Ac3温度以上,经保温获得均匀奥氏体后,在过冷度不大的情况下,再在Ac3点以下温度缓慢冷却时,铁素体沿奥氏体晶界长大速度远大于向晶内长大速度,从而形成仿晶型铁素体,一般呈网状。这种组织将显著增大钢的脆性,冷加工极限大大降低。剪切应力大于材料的抗张强度。由材料力学可知,在材料剪切面中心线处,在剪切时剪应力最大,由于材料硬度高,抵抗剪应力的能力也大,从而使剪应力P也相应增大。根据切应力互等定理可知,垂直切面的中心线部位张应力也最大,剪切时,当作用于材料上的该项应力大于材料的抗张强度时,就会引起材料开裂。42CrMo钢热轧后,因冷速缓慢,使相变 (42CrMo Ac3温度为800e) 在非平衡条件下进行,而形成大量的伪共析组织,使材料脆性增加。而且由于材料中贝氏体的存在,使得材料在剪切时变形困难,应力增加,当垂直于切面的张应力大于材料的抗张强度时,导致了开裂。防止42CrMo圆钢裂纹产生的措施为减少42CrMo钢端部裂纹现象,综合上述原因分析,采取以下措施:(1)改进连铸工艺,减轻钢中组织微观区域内成分偏析。钢中组织微观区域内成分偏析是由钢液在凝固结晶时的枝晶偏析造成的,这在钢液结晶时是不可避免的,但可通过改进连铸工艺使其减轻,如降低连铸时钢液的过热度或连铸的拉速、合理控制电磁搅拌工艺参数等;(2)延长42CrMo钢坯加热时间15至20分钟,,利于偏析成份的扩散均匀;(3)降低终轧温度,控制冷床上钢材排列支数。适当加快钢材在冷床上的冷却速度;(4)控制生产节奏稳定,保证过程工艺的稳定。 通过工艺优化后,42CrMo棒材未出现组织异常现象,在用户使用过程中未发现下料剪切开裂事故。

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