大型环锻件白点成因分析及解决办法
公司自2009年开发风电法兰、风电变速箱齿轮及大型工程机械用环件产品，目前年销量约50万t，但三年前随着部分客户产品厚度及高度不断增大，经常出现批量的探伤不合问题，且探伤不合主要为密集型缺陷，缺陷主要沿环件内壁一定深度且有较长的距离，缺陷主要出现在大厚壁环件，并且还有一定的季节性，主要出现在冬季。因此针对此种情况我们和一些环锻厂家联合进行了分析研究，并制定了相应的措施。
首先将探伤不合的产品进行取样，取样后进行探伤定位标出缺陷的位置，将试样锯切到缺陷位置附近，并将试样用磨床多次磨削，每磨削一次都要进行低倍腐蚀，找出缺陷。
根据裂纹的形貌难以判断是什么原因引起，切取缺陷其中一块进行扫描电镜分析，从扫描电镜结果来看，裂纹为穿晶裂纹( 如图1所示) ，裂纹为短小的细头发丝状，初步分析为白点，但该缺陷与传统的白点缺陷有明显的区别，传统的白点缺陷在低倍腐蚀后出现较长明显的细长头发丝状裂纹，但该裂纹在低倍腐蚀后极其细小，在不借助显微镜的条件下很难看清裂纹的形貌。
将剩余材料锯切成三条，然后进行拉伸，观察拉伸断口时有白点特征，从断口分析来看引起环件探伤不合的原因为白点，但该白点与传统白点相比较缺陷小，用传统的腐蚀方法难以判断，且断口形貌也极其不一样。
白点是由于钢中氢质量分数过多和内应力共同作用造成的，即白点的产生主要与两个因素有关: 钢中的氢质量分数和钢在热压力加工后冷却过程中产生的内应力，并且，含氢量较高只是产生白点的必要条件，钢在热压力加工后冷却过程中产生的内应力是产生白点的充分条件。将剩余材料做氢质量分数检测，其结果为0.7ppm，远小于双方标准要求的2.0ppm，且对实际生产过程进行查询，该炉号在ＲH真空处理后H 质量分数为0.6ppm，连铸过程定氢为0.8ppm，该材料氢质量分数已经很低，说明该白点形成原因与原材料H含量没有必然的联系，后续的加工工艺对白点产生起到主要作用。 锻造也是白点形成的最基本的条件之一，锻造对白点的形成有可能产生影响的三方面。首先白点很少在铸钢件或钢锭中出现，而是在经过压力加工后的锻件中产生，根据最小阻力原理，锻造时锻件的内部变形速度要大于表面，因而内部会产生更多的晶界滑动、位错运动，引起位错塞积。位错塞积处达到晶体的理论剪切力时，就会出现显微裂纹，即裂纹源。尽管锻件在高温下会出现扩散和再结晶，但变形速度大于再结晶速度时，微裂纹不能完全消失，因此要避免低温锻造和锻造速度过快。本次分析试样探伤不合主要分布在环件的内部，从环件纵向低倍腐蚀来看，白点位置主要在材料环件的疏松位置，说明在辗环的过程中由于锻造比不够，辗环力很难渗透到环件的心部位置，因此在材料冷却过程中H 原子朝心部疏松位置聚集结合形成H分子，产生很大的压力，在原来的疏松位置扩大成裂纹从而形成白点。
白点形成条件首先是要有氢，其次是要氢原子的聚集并结合成氢分子，氢在锻造过程中主要是以原子状态存在，并且温度越高钢中溶解氢质量分数越高，随着温度降低钢中溶解氢含量逐渐降低，因此若氢原子在温度降低过程中若没有足够的时间进行扩散，就有可能在钢中形成白点，根据扩氢仪对Q345E 试验可以看出在锻造后冷却过程有两个析氢峰值，若锻造后冷却速度过快在析氢峰值温度区间冷速较快则氢原子难以析出，即使在后期冷速再慢氢原子也难以析出，增大形成白点风险，从我公司产品白点出现季节性也说明了锻造后冷却速度对白点产生有很大的影响，因此对于大型锻件在锻后要进行缓冷，尤其是冬季。
夹杂物与金属材料的力学特征不同，在压力加工过程中A、C 类塑性夹杂沿着锻造方向变形，而B 类会破碎成链状，D类及Ds非变形夹杂物会在轧制过程中在球形夹杂物两侧形成喇叭口状的缺陷，即使塑性夹杂物其延展性也与钢材有一定差别，阻断了金属的连续性，因此在变形过程中夹杂物与基体之间仍会产生一定的微观缺陷，为H原子的聚集提供条件，同时有些夹杂物如MnS 等会影响氢在钢中的扩散，这些因素都大大增加了钢中产生白点的可能性，从本次白点扫描电镜分析来看白点区常伴有夹杂物( 如图2 所示) 。
(1) 炼钢过程加强真空脱气，降低钢水氢质量分数，炼钢过程中加强脱硫、脱磷、脱氧及夹杂物去除工作，提高钢水纯净度;(2) 客户在使用过程中增大压缩比，增加坯料心部致密度，提高终锻温度，终锻温度不得小于900℃，在镦粗后冲孔，冲孔量适当增加，去除坯料心部疏松后再进行辗环;(3) 锻造后根据不同材料在不同的温度区间析氢速度制定合理锻造后冷却工艺，尤其是冬季大型环件更要进行缓冷。 通过上述工艺改进，公司自2014年至2017年已供风电法兰、风电偏航、变桨轴承及大齿圈原材料约100万吨，目前除了个别大厚壁环件出现白点问题外，其它使用均较好，再没有出现前期批量报废现象。
(1) 连铸圆坯辗环后产生白点主要是和客户锻造工艺、锻造后冷却速度及钢水纯净度有关，客户锻造压缩比不够导致产品内部不够致密，同时锻造后在高速析氢温度区间冷却速度较快导致氢原子在不致密区域或非金属夹杂物处聚集而产生氢分子，从而产生白点;(2) 通过改善圆坯炼钢、真空脱气、客户锻造及冷却工艺后，大型环件白点问题得到的极大地改善，自改进工艺以来共生产约100 万余t，客户普遍使用情况很好，再没有出现前期批量报废现象。
