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摘要：材质为25Cr2Ni4MoV的轮盘锻件，在进行超声波探伤检验时发现有超标缺陷，导致锻件报废。本文通过低倍、高倍，以及宏观断口等试验分析，对该轮盘锻件超声波探伤缺陷性质进行了分析。分析结果表明，该25Cr2Ni4MoV轮盘锻件超声波探伤缺陷性质为白点裂纹。
关键词：25Cr2Ni4MoV 轮盘 白点裂纹 锯齿状裂纹
材质为25Cr2Ni4MoV的轮盘锻件，其生产制造工序为：钢包精炼→锻造成型→锻后正回火热处理（正火温度900℃）→粗加工→超声波探伤检验→调质热处理→取试理化检验→精加工→二次超声波探伤检验→磁粉探伤检验。在粗加工后进行的超声波探伤检验时，在锻件内部发现连续性的密集缺陷，缺陷严重超标，锻件依然进行调质热处理，在精加工后再次超声波探伤检验时，在锻件内部仍然发现连续性的密集缺陷，因此导致锻件报废。本文在该轮盘锻件缺陷密集性部位套取试棒三根（直径为Φ30mm），通过低倍、高倍以及宏观断口试验，对该轮盘锻件超声波探伤缺陷性质进行分析。
1.试验方法
将3根试棒磨光后，用50%盐酸水溶液热酸腐蚀，进行低倍酸洗试验，检查轮盘锻件的缺陷宏观形态以及轮盘锻件的宏观低倍组织形貌；在经低倍酸洗后的试棒缺陷处切取高倍试样，磨制后在光学金相显微镜下观察分析缺陷微观形态，对轮盘锻件的显微组织、晶粒度级别、非金属夹杂物级别分别进行评定，对缺陷与组织的关系进行分析评定；在剩余试棒的缺陷处开槽在260℃保温3小时后热打断口，观察该轮盘锻件宏观断口形貌。
2.检验结果
2.1低倍检验结果
3根试棒经磨光后，用50%盐酸水溶液热酸腐蚀后检查，3件试棒上均无明显的疏松孔洞，未见明显的偏析，未见明显的非金属夹渣等缺陷，但每件试棒上均发现有沿试棒圆周的长短不一的横向裂纹，裂纹最长约20mm。该轮盘锻件试棒的宏观低倍组织形貌见图1～2。
2.2宏观断口形貌检验结果
在3件试棒缺陷处的背面开槽，并在260℃保温3小时，及时从热处理炉中取出，在落锤断口试验机上热打断口，试棒的宏观断口形貌见图3，断口上发现有呈椭圆形的的粗结晶状斑点，如图中箭头所指，由于该斑点区接近于裂纹断面，在经260℃加热保温后，斑点区颜色为呈氧化色（金黄色），断口面其余区域（正常区）为呈浅灰色的纤维状形貌。
2.3高倍检验结果
在试棒缺陷处切取的高倍试样，磨制其试棒轴向面，未经腐蚀在光学金相显微镜下观察，裂纹微观形态见图4，裂纹首尾相连，断续相交，并相交成一定角度（约120°），呈锯齿状形貌，裂纹内及附近均未见非金属夹杂物；该轮盘锻件的非金属夹杂物级别按GB/T 10561-2005标准评定，硫化物类、氧化铝类、硅酸盐类、球状氧化物类、单颗粒球状氧化物类等各类非金属夹杂物均未超过1.5级；经4%硝酸酒精溶液腐蚀后在光学金相显微镜下观察，该轮盘锻件显微组织为调质热处理后的正常组织，即回火索氏体组织，裂纹附近未见氧化脱碳现象，也未见塑性变形痕迹；经饱和苦味酸水溶液腐蚀后在光学金相显微镜下观察，材料的晶粒度按GB/T 6394-2002标准评定为5.0级，裂纹既有穿晶形态，也有沿晶形态，裂纹穿过现有晶界，即裂纹两侧晶界一致，见图5。
3.分析
3.1低倍检验证实，试棒上存在数条裂纹，长度约20mm，这些裂纹在进行超声波探伤时必然引起缺陷波的反射，这就是说，该25Cr2Ni4MoV轮盘锻件超声波探伤超标缺陷就是锻件中的裂纹。
3.2在我国国家标准《GB7232-87金属热处理工艺术语》中有明确地规定：白点裂纹是钢中因氢的析出而引起的一种缺陷，在纵向断口上，它呈现接近圆形或椭圆形的银白色斑点。从该轮盘锻件的裂纹微观形态来看，裂纹首尾相连，相交成一定角度，呈锯齿状，这是白点裂纹微观形态的典型特征；从宏观断口形貌来看，断口中有椭圆形的呈粗结晶状斑点，由于斑点接近裂纹断面，颜色上呈金属氧化色，但仍可以肯定，断口形态具有白点断口的特征。上述事实就可以证明，该25Cr2Ni4MoV轮盘锻件超声波探伤超标缺陷性质为白点裂纹。
3.3据有关资料介绍[1-7]，白点是由于钢中氢和组织应力热应力共同作用的结果，这里的组织应力不仅指奥氏体转变为马氏体形成的内应力，还包括奥氏体转变为珠光体形成的内应力。因此，不仅锻后空冷至300℃以下易产生白点，空冷至300℃以上，600℃以下也很可能产生白点。氢气和组织应力产生白点的原理大致如下：1）钢中含有氢时，使钢的塑性降低。当含氢量达到某数值时，塑性急剧地下降，造成氢脆现象。尤其当钢内长时间存在应力的情况下，氢可以扩散到应力集中区（间隙溶解的氢原子有集中到承受张应力的晶格中去的倾向），并使其塑性下降到几乎等于零。在应力足够大时就产生脆性破断；2）炼钢时钢液中吸收的氢，在钢锭凝固时因溶解度减少而析出。它来不及逸出钢锭表面而存在于钢锭内部空隙处。压力加工之前加热时，氢又溶于钢中，压力加工后的冷却过程中由于奥氏体分解和温度降低，氢在钢中溶解度减少，氢原子从固溶体中析出到钢坯内部的一些显微空隙处。氢原子在这里将结合成分子状态，并产生相当大的压力（当钢中含氢量为0.001%，温度为400℃时，这种压力可高达1200MPa以上）。另外，氢与钢中的碳反应形成甲烷（CH4），也造成很大的分子压力；3）钢坯在冷却过程中因相变而造成的组织应力在一定条件下可达到相当大的数值（树枝状偏析愈严重、冷却速度愈快、淬透性愈好的钢，组织应力就愈大）。因此，钢氢脆失去了塑性，在组织应力及氢析出所造成的内应力的共同作用下，使钢发生了脆性破裂，这就形成了白点。压力加工过程中不均匀变形经起的附加应力和冷却时的热应力对白点形成也有一定影響。
3.4从图5可知，裂纹两侧晶界一致，裂纹穿过现有晶界，即现有晶界形成在前，裂纹形成在后，而现有晶界是正火热处理加热时重结晶的形成的晶界，这就是说，白点裂纹是在正火热处理加热完成之后形成的，即正火之后冷却过程中组织应力的作用下产生的。产生白点裂纹的原因，可能认为该轮盘锻件用钢是经过钢包炉精炼的，因此正火的加热、保温和冷却没有考虑到应该有去氢效果，如此在正火冷却时锻件内氢的聚集应力和冷却组织转变应力的作用，就产生了上述白点裂纹。
3.5形成白点裂纹的因素很多[1-7]，除钢中的氢含量以及应力外，主要有以下几方面：（1）钢水纯洁度；（2）钢中敏感元素含量；（3）钢中偏析；（4）钢中的疏松孔洞；（5）锻件尺寸。从该轮盘的各项试验分析结果来看，该轮盘锻件直径很大，几乎达到1米，属于典型的大锻件，另外该轮盘锻件材质为25Cr2Ni4MoV，白点裂纹敏感元素Cr、Ni、V等含量相对较高，该钢中属于白点敏感性钢种，因此，对于该轮盘锻件来，锻件尺寸和敏感元素含量是无法避免的，而钢中的组织偏析，疏松孔洞以及纯洁度均不严重。因此，避免白点裂纹的产生，关键还是在于降低钢中氢含量，或者在锻后增加去氢热处理工艺，同时要减小锻后冷却的组织应力。
4.结论
25Cr2Ni4MoV轮盘锻件超声波探伤缺陷性质为白点裂纹。
5.预防措施
避免该轮盘锻件白点裂纹的产生，关键还是在于降低钢中氢含量，或者在锻后增加去氢热处理工艺，同时要减小锻后冷却的组织应力。
参考文献：
[1]姚铁光.大锻件中白点的进一步探讨[M].大型铸锻件，1996（1）.
[2]中国第二重型机械集团公司大型铸锻件研究所情报翻译室编译.国际锻造师会议论文集[D].
[3]赵琼，刘占存，等.白点的检测、形成原因与预防[J].一重技术.
[4]李蜂.钢中氢的危害及防范措施[J].江苏冶金，2004（2）.
[5]吕炎.锻件缺陷分析与对策[J].机械工业出版社.
[6]李艳芝，王洪刚.钢产品白点问题研究[J].特钢技术，2011（6）.
[7]王洪刚，栗雪.钢中白点质量问题成因分析[J].民营科技，2008（2）.
关键词：25Cr2Ni4MoV 轮盘 白点裂纹 锯齿状裂纹
材质为25Cr2Ni4MoV的轮盘锻件，其生产制造工序为：钢包精炼→锻造成型→锻后正回火热处理（正火温度900℃）→粗加工→超声波探伤检验→调质热处理→取试理化检验→精加工→二次超声波探伤检验→磁粉探伤检验。在粗加工后进行的超声波探伤检验时，在锻件内部发现连续性的密集缺陷，缺陷严重超标，锻件依然进行调质热处理，在精加工后再次超声波探伤检验时，在锻件内部仍然发现连续性的密集缺陷，因此导致锻件报废。本文在该轮盘锻件缺陷密集性部位套取试棒三根（直径为Φ30mm），通过低倍、高倍以及宏观断口试验，对该轮盘锻件超声波探伤缺陷性质进行分析。
1.试验方法
将3根试棒磨光后，用50%盐酸水溶液热酸腐蚀，进行低倍酸洗试验，检查轮盘锻件的缺陷宏观形态以及轮盘锻件的宏观低倍组织形貌；在经低倍酸洗后的试棒缺陷处切取高倍试样，磨制后在光学金相显微镜下观察分析缺陷微观形态，对轮盘锻件的显微组织、晶粒度级别、非金属夹杂物级别分别进行评定，对缺陷与组织的关系进行分析评定；在剩余试棒的缺陷处开槽在260℃保温3小时后热打断口，观察该轮盘锻件宏观断口形貌。
2.检验结果
2.1低倍检验结果
3根试棒经磨光后，用50%盐酸水溶液热酸腐蚀后检查，3件试棒上均无明显的疏松孔洞，未见明显的偏析，未见明显的非金属夹渣等缺陷，但每件试棒上均发现有沿试棒圆周的长短不一的横向裂纹，裂纹最长约20mm。该轮盘锻件试棒的宏观低倍组织形貌见图1～2。
2.2宏观断口形貌检验结果
在3件试棒缺陷处的背面开槽，并在260℃保温3小时，及时从热处理炉中取出，在落锤断口试验机上热打断口，试棒的宏观断口形貌见图3，断口上发现有呈椭圆形的的粗结晶状斑点，如图中箭头所指，由于该斑点区接近于裂纹断面，在经260℃加热保温后，斑点区颜色为呈氧化色（金黄色），断口面其余区域（正常区）为呈浅灰色的纤维状形貌。
2.3高倍检验结果
在试棒缺陷处切取的高倍试样，磨制其试棒轴向面，未经腐蚀在光学金相显微镜下观察，裂纹微观形态见图4，裂纹首尾相连，断续相交，并相交成一定角度（约120°），呈锯齿状形貌，裂纹内及附近均未见非金属夹杂物；该轮盘锻件的非金属夹杂物级别按GB/T 10561-2005标准评定，硫化物类、氧化铝类、硅酸盐类、球状氧化物类、单颗粒球状氧化物类等各类非金属夹杂物均未超过1.5级；经4%硝酸酒精溶液腐蚀后在光学金相显微镜下观察，该轮盘锻件显微组织为调质热处理后的正常组织，即回火索氏体组织，裂纹附近未见氧化脱碳现象，也未见塑性变形痕迹；经饱和苦味酸水溶液腐蚀后在光学金相显微镜下观察，材料的晶粒度按GB/T 6394-2002标准评定为5.0级，裂纹既有穿晶形态，也有沿晶形态，裂纹穿过现有晶界，即裂纹两侧晶界一致，见图5。
3.分析
3.1低倍检验证实，试棒上存在数条裂纹，长度约20mm，这些裂纹在进行超声波探伤时必然引起缺陷波的反射，这就是说，该25Cr2Ni4MoV轮盘锻件超声波探伤超标缺陷就是锻件中的裂纹。
3.2在我国国家标准《GB7232-87金属热处理工艺术语》中有明确地规定：白点裂纹是钢中因氢的析出而引起的一种缺陷，在纵向断口上，它呈现接近圆形或椭圆形的银白色斑点。从该轮盘锻件的裂纹微观形态来看，裂纹首尾相连，相交成一定角度，呈锯齿状，这是白点裂纹微观形态的典型特征；从宏观断口形貌来看，断口中有椭圆形的呈粗结晶状斑点，由于斑点接近裂纹断面，颜色上呈金属氧化色，但仍可以肯定，断口形态具有白点断口的特征。上述事实就可以证明，该25Cr2Ni4MoV轮盘锻件超声波探伤超标缺陷性质为白点裂纹。
3.3据有关资料介绍[1-7]，白点是由于钢中氢和组织应力热应力共同作用的结果，这里的组织应力不仅指奥氏体转变为马氏体形成的内应力，还包括奥氏体转变为珠光体形成的内应力。因此，不仅锻后空冷至300℃以下易产生白点，空冷至300℃以上，600℃以下也很可能产生白点。氢气和组织应力产生白点的原理大致如下：1）钢中含有氢时，使钢的塑性降低。当含氢量达到某数值时，塑性急剧地下降，造成氢脆现象。尤其当钢内长时间存在应力的情况下，氢可以扩散到应力集中区（间隙溶解的氢原子有集中到承受张应力的晶格中去的倾向），并使其塑性下降到几乎等于零。在应力足够大时就产生脆性破断；2）炼钢时钢液中吸收的氢，在钢锭凝固时因溶解度减少而析出。它来不及逸出钢锭表面而存在于钢锭内部空隙处。压力加工之前加热时，氢又溶于钢中，压力加工后的冷却过程中由于奥氏体分解和温度降低，氢在钢中溶解度减少，氢原子从固溶体中析出到钢坯内部的一些显微空隙处。氢原子在这里将结合成分子状态，并产生相当大的压力（当钢中含氢量为0.001%，温度为400℃时，这种压力可高达1200MPa以上）。另外，氢与钢中的碳反应形成甲烷（CH4），也造成很大的分子压力；3）钢坯在冷却过程中因相变而造成的组织应力在一定条件下可达到相当大的数值（树枝状偏析愈严重、冷却速度愈快、淬透性愈好的钢，组织应力就愈大）。因此，钢氢脆失去了塑性，在组织应力及氢析出所造成的内应力的共同作用下，使钢发生了脆性破裂，这就形成了白点。压力加工过程中不均匀变形经起的附加应力和冷却时的热应力对白点形成也有一定影響。
3.4从图5可知，裂纹两侧晶界一致，裂纹穿过现有晶界，即现有晶界形成在前，裂纹形成在后，而现有晶界是正火热处理加热时重结晶的形成的晶界，这就是说，白点裂纹是在正火热处理加热完成之后形成的，即正火之后冷却过程中组织应力的作用下产生的。产生白点裂纹的原因，可能认为该轮盘锻件用钢是经过钢包炉精炼的，因此正火的加热、保温和冷却没有考虑到应该有去氢效果，如此在正火冷却时锻件内氢的聚集应力和冷却组织转变应力的作用，就产生了上述白点裂纹。
3.5形成白点裂纹的因素很多[1-7]，除钢中的氢含量以及应力外，主要有以下几方面：（1）钢水纯洁度；（2）钢中敏感元素含量；（3）钢中偏析；（4）钢中的疏松孔洞；（5）锻件尺寸。从该轮盘的各项试验分析结果来看，该轮盘锻件直径很大，几乎达到1米，属于典型的大锻件，另外该轮盘锻件材质为25Cr2Ni4MoV，白点裂纹敏感元素Cr、Ni、V等含量相对较高，该钢中属于白点敏感性钢种，因此，对于该轮盘锻件来，锻件尺寸和敏感元素含量是无法避免的，而钢中的组织偏析，疏松孔洞以及纯洁度均不严重。因此，避免白点裂纹的产生，关键还是在于降低钢中氢含量，或者在锻后增加去氢热处理工艺，同时要减小锻后冷却的组织应力。
4.结论
25Cr2Ni4MoV轮盘锻件超声波探伤缺陷性质为白点裂纹。
5.预防措施
避免该轮盘锻件白点裂纹的产生，关键还是在于降低钢中氢含量，或者在锻后增加去氢热处理工艺，同时要减小锻后冷却的组织应力。
参考文献：
[1]姚铁光.大锻件中白点的进一步探讨[M].大型铸锻件，1996（1）.
[2]中国第二重型机械集团公司大型铸锻件研究所情报翻译室编译.国际锻造师会议论文集[D].
[3]赵琼，刘占存，等.白点的检测、形成原因与预防[J].一重技术.
[4]李蜂.钢中氢的危害及防范措施[J].江苏冶金，2004（2）.
[5]吕炎.锻件缺陷分析与对策[J].机械工业出版社.
[6]李艳芝，王洪刚.钢产品白点问题研究[J].特钢技术，2011（6）.
[7]王洪刚，栗雪.钢中白点质量问题成因分析[J].民营科技，2008（2）.