1.偏析

鋼中化學(xué)成分與雜質(zhì)分布的不均勻現(xiàn)象，稱為偏析。一般將高于平均成分者，稱為正偏析，低于平均成分者，稱為負(fù)偏析。尚有宏觀偏析，如區(qū)域偏析與微觀偏析，如枝晶偏析，晶間偏析之分。

大鍛件中的偏析與鋼錠偏析密切相關(guān)，而鋼錠偏析程度又與鋼種、錠型、冶煉質(zhì)量及澆注條件等有關(guān)。合金元素、雜質(zhì)含量、鋼中氣體均加劇偏析的發(fā)展。鋼錠愈大，澆注溫度愈高，澆注速度愈快，偏析程度愈嚴(yán)重。

（1）區(qū)域偏析 屬于宏觀偏析，是由鋼液在凝固過(guò)程中選擇結(jié)晶，溶解度變化和比重差異引起的。

對(duì)策是：

1）降低鋼中硫、磷等偏析元素和氣體的含量，如采用爐外精煉，真空碳脫氧（VCD）處理及錠底吹氬工藝。

2）采用多爐合澆、冒口補(bǔ)澆、振動(dòng)澆注及發(fā)熱絕熱冒口，增強(qiáng)冒口補(bǔ)縮能力等措施。

3）嚴(yán)格控制注溫與注速，采用短粗錠型，改善結(jié)晶條件。

（2）枝晶偏析 屬于微觀偏析。樹(shù)枝狀結(jié)晶與晶間微區(qū)成分的不均勻性，可能引起組織性能的不均勻分布。采用掃描電鏡（SEM）、波譜儀（WDS）、能譜儀（EDS）進(jìn)行微區(qū)觀察和成分分析可以檢出并闡明原因，一般通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散加熱，鍛壓合理變形與均勻化熱處理可以消除或減輕其不良影響。

2.夾雜物與有害微量元素

常見(jiàn)的內(nèi)生夾雜物主要有硫化物、硅酸鹽、氧化物等。它們?cè)阡撝械臄?shù)量和組成與鋼的成分、冶煉質(zhì)量、澆注過(guò)程以及脫氧方法有關(guān)。熔點(diǎn)高的內(nèi)生夾雜，凝固先于基體金屬，結(jié)晶不受阻礙，呈現(xiàn)為有規(guī)則的棱角外形；熔點(diǎn)較低的內(nèi)生夾雜，由于受已凝固金屬的限制，形態(tài)多為球或條狀、枝晶狀沿晶界分布。硫化物與塑性較好的硅酸鹽組元，當(dāng)鋼錠經(jīng)鍛壓變形時(shí)，沿主變形方向延伸，呈條帶狀。

對(duì)策是：

1）鋼液真空處理，爐外精煉，控制鋼液質(zhì)量；

2）清潔澆注，防止外來(lái)夾雜污染與異金屬進(jìn)人；

3）合理鍛造變形，改善夾雜分布。

3.縮孔與疏松

該類孔隙性缺陷，破壞金屬連續(xù)性，形成應(yīng)力集中與裂紋源，屬于不允許的缺陷。

鋼錠開(kāi)坯時(shí)切除量不夠，殘留縮孔及疏松，表現(xiàn)為鍛件端頭有管狀孔穴或者嚴(yán)重中心疏松。

對(duì)策是：

1）嚴(yán)格控制澆注溫度和速度，防止低溫慢速注錠；

2）采用發(fā)熱冒口或絕熱冒口，改善補(bǔ)縮條件使縮孔上移至冒口區(qū)，防止縮孔深人到錠身處；

3）控制鍛造時(shí)鋼錠冒口切頭率，充分切凈縮松缺陷。合理鍛壓變形，壓實(shí)疏松缺陷。

4.氣泡

鋼中氣體由爐料、爐氣、空氣進(jìn)人，當(dāng)冶煉時(shí)脫氧不良，沸騰排氣不充分，則鋼液中氣體含量過(guò)多，凝固過(guò)程中，隨溫度降低，氣體溶解度下降而由鋼液中析出，形成內(nèi)部氣泡。當(dāng)鋼錠模壁潮濕、銹蝕、涂料中含有水分或揮發(fā)性物質(zhì)，在注人高溫鋼水時(shí)產(chǎn)生氣體向鋼錠表層滲透，形成皮下氣泡。

對(duì)策是：

1）充分烘烤爐料與澆注系統(tǒng)；

2）冶煉時(shí)充分脫氣，并采用保護(hù)澆注工藝；

3）高溫?cái)U(kuò)散、鍛壓焊合孔洞缺陷；

4）及時(shí)燒剝表面裂紋。

5.鍛造裂紋

（1）鋼錠缺陷引起的鍛造裂紋 大部分鋼錠缺陷，鍛造時(shí)都可能造成開(kāi)裂，圖片6-8所示為2Cr13主軸鍛件中心裂紋。這是因?yàn)樵?t鋼錠凝固時(shí)結(jié)晶溫度范圍窄，線收縮系數(shù)大。冷凝補(bǔ)縮不足，內(nèi)外溫差大，軸心拉應(yīng)力大，沿枝晶開(kāi)裂，形成鋼錠軸心晶間裂紋，該裂紋在鍛造時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展而成主軸鍛件中已裂紋。

該缺陷可通過(guò)下列措施予以消除：①提高冶煉鋼水純凈度；②鑄錠緩慢冷卻，減少熱應(yīng)力；③采用良好的發(fā)熱劑與保溫帽，增大補(bǔ)縮能力；④采用中心壓實(shí)鍛造工藝。

（2）鋼中有害雜質(zhì)沿晶界析出引起的鍛造裂紋 鋼中的硫常以FeS形式沿晶界析出，其熔點(diǎn)僅有982℃，在1200℃鍛造溫度下，晶界上FeS將發(fā)生熔化，并以液態(tài)薄膜形式包圍晶粒，破壞晶粒間的結(jié)合而產(chǎn)生熱脆，輕微鍛擊就會(huì)開(kāi)裂。

鋼中含銅在1100～1200℃溫度下的過(guò)氧化性氣氛中加熱時(shí)，由于選擇性氧化，表層會(huì)形成富銅區(qū)，當(dāng)超過(guò)銅在奧氏體中溶解度時(shí)，銅則以液態(tài)薄膜形式分布于晶界，形成銅脆，不能鍛造成形。如果鋼中還存在有錫、銻還會(huì)嚴(yán)重降低銅在奧氏體中的溶解度，加劇這種脆化傾向。

（3）異相（第二相）引起的鍛造裂紋 鋼中第二相的力學(xué)性能往往和金屬基體有很大的差別，因而在變形流動(dòng)時(shí)會(huì)引起附加應(yīng)力導(dǎo)致整體工藝塑性下降，一旦局部應(yīng)力超過(guò)異相與基體間結(jié)合力時(shí)，則發(fā)生分離形成孔洞。例如鋼中的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅酸鹽等等。假如這些相呈密集。鏈狀分布，尤其在沿晶界結(jié)合力薄弱處存在，高溫鍛壓就會(huì)開(kāi)裂。圖片6-10是20SiMn鋼 87t錠因細(xì)小的 AlN沿晶界析出引起鍛造開(kāi)裂的宏觀形貌，其表面已經(jīng)氧化，呈現(xiàn)多面體柱狀晶。微觀分析表明，鍛造開(kāi)裂與細(xì)小的顆粒狀A(yù)lN沿一次晶晶界大量析出有關(guān)。

對(duì)策是：

1）限制鋼中加鋁量，去除鋼中氮?dú)饣蛴眉逾伔ㄒ种艫lN析出量；

2）采用熱送鋼錠，過(guò)冷相變處理工藝；

3）提高熱送溫度（＞900℃）直接加熱鍛造；

4）鍛前進(jìn)行充分的均勻化退火，使晶界析出相擴(kuò)散。

6.過(guò)熱、過(guò)燒與溫度不均

加熱溫度過(guò)高或高溫停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)易引起過(guò)熱、過(guò)燒。過(guò)熱使材料的塑性與沖擊韌性顯著降低。過(guò)燒時(shí)材料的晶界劇烈氧化或者熔化，完全失去變形能力。

當(dāng)加熱溫度分布嚴(yán)重不均勻，表現(xiàn)為鍛坯內(nèi)外、正反面、沿長(zhǎng)度溫差過(guò)大，在鍛造時(shí)引起不均變形，偏心鍛造等缺陷，亦稱欠熱。

對(duì)策是：

l）嚴(yán)格執(zhí)行正確的加熱規(guī)范；

2）注意裝爐方式，防止局部加熱；

3）調(diào)準(zhǔn)測(cè)溫儀表，精心加熱操作，控制爐溫、爐氣流動(dòng)，防止不均勻加熱。

7.白點(diǎn)

白點(diǎn)是鍛件在鍛后冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的一種內(nèi)部缺陷。其形貌在橫向低倍試片上為細(xì)發(fā)絲狀銳角裂紋，斷口為銀白色斑點(diǎn)。照片6-13為Cr－Ni－Mo鋼鍛件縱向斷口上的白點(diǎn)。其形狀不規(guī)則，大小懸殊，最小長(zhǎng)軸尺寸僅2mm，最大的為24mm。白點(diǎn)實(shí)質(zhì)是一種脆性銳邊裂紋，具有極大的危害性，是馬氏體和珠光體鋼中十分危險(xiǎn)的缺陷。

白點(diǎn)成因是鋼中氫在應(yīng)力作用下向拉應(yīng)力區(qū)富集，使鋼產(chǎn)生所謂氫脆，發(fā)生脆性斷裂，所以氫和附加應(yīng)力聯(lián)合作用是白點(diǎn)產(chǎn)生的原因。

對(duì)策是：

1）降低鋼中氫含量，如注意烘烤爐料，冶煉時(shí)充分沸騰，真空除氣，爐外精煉脫氣等。

2）采用消除白點(diǎn)的熱處理，主要任務(wù)是擴(kuò)散鋼中氫，消除應(yīng)力，如擴(kuò)氫退火熱處理等。詳見(jiàn)鍛造過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷中的鍛后清理工藝不當(dāng)常產(chǎn)生的缺陷。

8.組織性能不均勻

大型鍛件因其尺寸大，工序多，周期長(zhǎng)，工藝過(guò)程中不均勻，不穩(wěn)定因素多，所以常常造成組織性能嚴(yán)重不均勻，以致在力學(xué)性能試驗(yàn)，金相組織檢查和無(wú)損探傷時(shí)不能通過(guò)。由于鋼錠中化學(xué)成分偏析，夾雜物聚集，各種孔隙性缺陷的影響；加熱時(shí)溫度變化緩慢，分布不均，內(nèi)應(yīng)力大，缺陷較多；高溫長(zhǎng)時(shí)間鍛造，局部受力局部變形，塑流狀況、壓實(shí)程度、變形分布差別較大；冷卻時(shí)擴(kuò)散過(guò)程緩慢，組織轉(zhuǎn)變復(fù)雜，附加應(yīng)力大。以上諸因素都可能導(dǎo)致組織性能嚴(yán)重不均勻，質(zhì)量不合格。

提高大型鍛件均勻性的措施：

1）采用先進(jìn)的冶鑄技術(shù)，提高鋼錠的冶金質(zhì)量；

2）采用控制鍛造，控制冷卻技術(shù)，優(yōu)化工藝過(guò)程，提高大鍛件生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。

9.淬火裂紋與回火脆性

許多對(duì)力學(xué)性能與表面硬度要求高的大鍛件，鍛后要經(jīng)粗加工，再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理或表面淬火。在熱處理時(shí)，由于溫度急劇變化，將產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力。由于相變還產(chǎn)生組織應(yīng)力，和鍛件存在的殘余應(yīng)力疊加，合成的拉應(yīng)力值如果超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度，并且沒(méi)有塑性變形松弛，將會(huì)產(chǎn)生各種形式的開(kāi)裂和裂紋。例如縱向、橫向、表面和中心裂紋，表面龜裂和表層剝離等。由于大鍛件截面尺寸大，加熱、冷卻時(shí)溫度分布不均勻，相變過(guò)程復(fù)雜，殘余應(yīng)力大，而且程度不同地存在著各種宏觀和微觀缺陷，塑性差，韌性低，這都能加劇裂紋萌生與擴(kuò)展的過(guò)程，往往形成即時(shí)的或延時(shí)的開(kāi)裂破壞，甚至炸裂與自然置裂等，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

對(duì)策是：

1）采用合理的熱處理規(guī)范，控制加熱速度與冷卻過(guò)程，減少加熱缺陷與溫度應(yīng)力；

2）避免鍛件中存在嚴(yán)重的冶金缺陷與殘余應(yīng)力；

3）淬火后及時(shí)回火。

回火脆性系碳化物析出或磷、錫、銻、砷等有害微量元素沿晶界聚集而引起的脆性增大的傾向。

防止回火脆性的對(duì)策是：

1）減少鋼中有害元素的含量；

2）減少鋼中偏析；

3）避免在回火脆性溫度區(qū)熱處理，適當(dāng)快冷，防止有害組元富集。