代发主题：大型锻件中氢、白点危害及其预防

浩然天地

如题，锻件中的氢、白点缺陷严重危害工件的性能及使用安全，是大型锻件热处理中需要考虑的，欢迎大家就这个问题进行讨论。

夏日凉风

我遇到挺多的。每年都能遇到一两次吧。一旦出现，肯定是报废。
从目前发现的白点看，一般在调质后探伤发现，分析原因，可能与淬火时产生较大应力有关。
目前对于大锻件，锻造完成后，都需要在毛坯阶段进行扩氢退火，温度一般控制650℃左右。【H】在350℃和650℃左右比较活跃，容易从锻件本体逸出，350℃左右温度较低，处理后锻件进行粗加工时由于硬度较高，加工难度较大。
另外对解剖后的锻件进行分析，发现一般出现白点的地方存在偏析，分析认为是偏析处组织不致密，【H】在此处不易逸出，甚至组织致密处的【H】在退火时也跑到偏析处，“藏”了下来，导致此处【H】含量高，在淬火时存在较大应力，从而出现白点。
目前解决措施，一是提高钢锭质量，保证纯净度，减轻偏析，降低【H】含量；二是进行扩氢处理。因为淬火时应力是不可避免的。
个人观点，欢迎拍砖！

Adam

特大型零件，很多单位是有去氢工艺的
以核电的轴类产品为代表

浩然天地

夏日凉风 发表于 2014-12-18 15:10
我遇到挺多的。每年都能遇到一两次吧。一旦出现，肯定是报废。
从目前发现的白点看，一般在调质后探伤发现 ...

松涛阵阵根据夏日凉风版主的回复，总结多年经验，给出以下回复：

                                                                                               白点免疫性的讨论
       夏日凉风版主在实践中遇到，并且分析的很到位。锻件中一旦出现白点缺陷，均判“死刑”。根据一般在调质后探伤发现白点这一现象，可以判断，白点是没有免疫性的。因为大型工件在锻后热处理后。都应进行白点缺陷的检查，如低倍检查，断口检查，粗加工后超声波探伤检查，有些情况下，买有发现白点缺陷，是以为内锻件在等温扩氢退货状态下，冷却非常缓慢，冷速≤40℃/h~15℃/h，低温出炉，≤200℃或≤150℃。工件内的应力很低，虽然工件中含氢量较高，但应力低，也不足以形成白点。
       在调质淬火加热后钢处于奥氏体状态，氢在奥氏体中又重新固溶分布，当淬火冷却时，形成很大的热应力和组织应力，工件中的氢含量大于2ppm时，氢在应力作用下于金属的夹杂、疏松、偏析等缺陷区域偏聚，由固溶氢脱溶形成分子氢，形成很大的压力，与淬火形成的内应力相结合，致使金属形成裂纹，这就是横向低倍试片上见到的白点缺陷（见图1），纵向断口试样上的圆形或椭圆形的白点（图2）。
      现在大型锻件锻后扩氢退火工艺周期很长，能源消耗很大，防止白点缺陷最好的办法，是降低钢中氢含量小于2ppm.


图1


图2

孤鸿踏雪

看看这个工艺曲线图

浩然天地

松涛阵阵前辈对钢中的氢及白点主题，继续做以下探讨：
1、钢中的氢及存在形式
          在炼钢时因所用废钢、铁合金、炉料等烘烤不充分，耐火材料及浇注系统潮湿等，水分在高温分解后，其产物溶解于钢水中，形成【H】【O】气体，在高温钢水中【H】的溶解度很高，随着温度降低，钢水凝固，【H】在钢中的溶解度降低，部分【H】析出形成氢分子逸出，未逸出残存在钢锭表层下则形成皮下气泡，暴露在表面的细小气泡则形成针孔状缺陷。有的【H】在钢中空隙处聚集形成氢分子存于钢中。
        【H】在固体钢中偏析，钢锭中心【H】含量平均比钢液大一倍，锻后锻件的冒口端 【H】含量一般高于水口端，在钢锻件的夹杂空隙处是【H】原子转变为氢分子的聚集处。
          钢中的【H】以固溶状态、分子状态、氢化物三种形式存在，只有固溶【H】具有扩散能力。当材料产生塑性变形时，能够加速【H】的扩散过程。当高速扩散的【H】原子在金属晶体滑移面上转变为【H】分子，则引起三向应力区，使钢难以进一步变形，降低钢的延伸率和断面收缩率，引起钢的脆化。
2、锻件中白点的成因
         锻坯（或钢锭）中【H】含量大于2ppm是锻件产生白点的先决条件。钢的可硬性越高，促使马氏体转变降低的元素，则增加钢的白点敏感性。锻件中只有呈原子或质子态具有可扩散能力的【H】，才对白点形成具有影响作用。所以钢在加热重新奥氏体化时，分子【H】可以重新固溶于奥氏体，分解为具有扩散能力的原子【H】，则对白点的形成具有影响作用。
         锻件中的组织应力和热应力时促使白点形成的非常重要的外部因素。锻件在冷却过程中如冷却不当，锻件心部区域会形成大的拉应力，促使白点的形成。
         一般认为，锻件中白点的出现，是钢中【H】含量高及锻件中应力大所致。因此，大型工件热加工变形后如不经过缓慢冷却，就容易产生白点，多在锻件的内部或偏析及缺陷部位出现。
3、白点的形成温度
          资料介绍，锻件中的白点是在≤200℃（或≤300℃）冷却过程中产生的。白点的形成温度不是一个定值，它与钢中的含【H】量、钢的合金化、冷却速度有关。钢中【H】含量高，锻件冷速快，则锻件出现白点倾向也越大，白点的形成温度也越高。

夏日凉风

之前遇到过一次，Q345材质的环锻件出现白点。
一般认为Q345是白点敏感性非常低的材质，很少产生白点。对该类材质的大锻件一般锻后热处理方式也相对不是很严格。
Q345锻件采用的钢锭为普通钢锭（非真空脱气处理+真空浇注的双真空钢锭），炼钢过程中熔炼分析，氢含量不足3PPm，钢锭浇注后进行锻造，锻后工艺要求400~450℃装入热处理炉进行扩氢退火，实际由于操作不规范，实际入炉温度不足300℃，锻后热处理后进行毛坯状态检查，UT探伤发现密集性缺陷。
对环类锻件产生密集型缺陷很是不解，钢锭的中心部位缺陷较多，在锻造环类锻件通过冲孔去除钢锭心部，按理说环锻件很少有夹杂缺陷。于是就安排进行了取样分析。通过失效分析，确定缺陷为白点。
分析原因，认为：锻件中氢含量较高，锻后冷却至350-400℃左右，锻件的韧性急剧降低，同时由于锻件锻后未经过去应力处理，残余应力较大，导致出现白点。
现在对锻件锻后的入炉温度和正火空冷后的入炉温度严格控制，没有再出现毛坯状态的白点缺陷。

浩然天地

夏日凉风 发表于 2015-1-12 14:12
之前遇到过一次，Q345材质的环锻件出现白点。
一般认为Q345是白点敏感性非常低的材质，很少产生白点。对该 ...

该缺陷超声检测时波形是什么样的？断口是什么方向的？做低倍了吗？
环件的尺寸多少？

夏日凉风

我对UT也不懂，只是知道UT显示密集性缺陷，描述为裂纹性质的。具体零件的规格及取样我也不太记得。这个时间比较长了。

夏日凉风

再发一个。35CrMo，轴锻件。调质后加工见光后UT发现缺陷（粗加工后UT合格）。通过UT确定取样位置，取横向试片。低倍、断口及电镜照片如下。这个是比较明显的。

浩然天地

续6楼：
4、白点的孕育期
        白点通常在热变形（锻或轧）钢材冷却到250℃-150℃以下产生，有的钢冷却到室温后，有时还需经过一段时间后，白点才会产生，这个过程称为白点的孕育期（或称为白点的潜伏期）。因此，大型高合金钢锻件在最终冷却后，需经2-3昼夜再进行白点检查；
5、大锻件中的“拉伸白点”
       在大锻件试样静拉伸过程中，缓慢的加荷条件下，试样拉断后，在拉棒断口上会出现类似“白点”的缺陷，呈圆形白色亮点，直径大小不同，数量一至多个。这种缺陷，资料称为“拉伸白点”、白斑、白点胚胎、鱼眼状缺陷等，具有各种不同叫法。
      “拉伸白点”不是锻件中原有的缺陷，只是锻件中氢含量较高，在拉伸过程中，由于加荷速度慢，钢中的【H】在应力作用下扩散聚集而形成的。“拉伸白点”可以采用扩氢的热处理方法来消除，而白点缺陷是不能用热处理方法加以改变的。
6、氢对锻件性能的影响
       氢在钢中可使锻件产生白点，白点是锻件中的发纹，是破坏性的内部缺陷，是工件中不允许存在的一种内部缺陷。白点严重降低钢的力学性能，特别是横向的塑性和韧性。具有白点缺陷的工件，淬火时很容易产生淬裂。
       氢在锻件中存在降低钢的塑性，特别是横向塑性降低更多。当钢中【H】≥2cm^3/100g时，锻件完全变脆，只有经过650℃进行扩氢处理来降低钢中的氢含量，使钢的塑性恢复到正常水平。当锻件的拉伸试样出现拉伸白点且断面收缩率不合格时，可进行补充回火进行扩氢，使钢塑性恢复。当锻件中氢含量超过1ppm时，就会产生氢脆。氢脆随钢的强度增高而加剧，且淬火组织最为严重。

浩然天地

浩然天地

浩然天地

夏日凉风 发表于 2015-1-12 18:43
再发一个。35CrMo，轴锻件。调质后加工见光后UT发现缺陷（粗加工后UT合格）。通过UT确定取样位置，取横向试 ...

请凉风版主看看这两组图片，帮忙判断一下断口缺陷类型吧。

夏日凉风

浩然天地 发表于 2015-1-13 16:15

从低倍断口看，是白点。通常断口上看，白点是圆形的。很少见到条带状的。我也见到一次。从断口看为条带状，很难与常见的白点联系到一起。后来对断口又做了电镜。最终确定白点。和楼主发的照片很相似。

浩然天地

夏日凉风 发表于 2015-1-13 16:35
从低倍断口看，是白点。通常断口上看，白点是圆形的。很少见到条带状的。我也见到一次。从断口看为条带状 ...

松涛阵阵专家就白点性质判定的讨论，如下：
                            关于白点性质判定的讨论
      谢谢版主上传的低倍、断口和电镜图片。
      根据低倍图片看，不像白点缺陷，不具有明显的白点低倍组织特征。很像钢的偏析缺陷或点状偏析，因此，在纵向断口上表现为细条状白亮条，如果缺陷已被酸蚀，则在断口上表现为黑色条状。
      在大型钢锭的宏观结构中，锭身上部为正偏析区，C、P、S等元素急剧富化，形成“Ⅴ”和“Λ”形偏析区，是钢锭内部缺陷的多发区域，成分偏析也相当严重。当钢锭在高温加热或加热时间过长，使金属奥氏体晶粒显著长大，晶界增厚，诱发晶界上第二相大量析出聚集，低熔点析出物（MnS)处于熔融状态，钢的组织出现过热或严重过热，晶粒粗化，常伴随严重的魏氏体组织，粗大的奥氏体晶界及其沉积物，破坏了金属间的连接作用，致使金属的高温塑性变坏，当锻造使金属变形时，由于在应力作用下，晶粒金属与晶界偏聚物的变形速率不同，金属变形超过界面结合力时，则沿晶界面被拉开而形成了内部缺陷。这种缺陷在锻件的横向低倍试片上，表现为细小裂纹或点状针孔缺陷，在纵向断口上，则形成了条带状或线状缺陷，通常把断口上这种条带状缺陷叫偏析裂纹，对线性缺陷称为偏析线。
      关于白点缺陷性质的判定，应以横向低倍、纵向断口的缺陷分布部位、缺陷形貌，再结合锻件锻后热处理工艺及执行情况，锻件用钢的白点敏感性、钢中氢含量、超声波探伤的缺陷典型波形进行综合判定，电镜微观形态表现形式不是唯一判据。