12Cr2Mo1属于低合金珠光体耐热钢,在高温下具有良好的耐蠕变性能,特别是它具有良好的抗氢性能,所以被广泛用于加氢反应器的制造。因为加氢反应器一般是高压,所以作为其一部分的弯头通常采用锻件进行加工。无缝弯头的制作是靠弯模使无缝管坯弯曲和挤压成形,根据管坯是否加热又可分为冷弯成形和热弯成形两种。下面介绍的属于热弯成形,在其加工成形后,材料表面有裂纹出现,有裂纹的弯头不能作为加氢反应器连接用件。本文分析了其裂纹产生的原因。
试验用材为某厂生产的不合格弯头。弯头的成型生产工艺如下:加热——热压成型——热处理——检测。
(1)加热:将弯头毛坯放在加热炉内加热,加热温度1000℃。
(2)热压成型:将加热后的毛坯置于专用模具内,在压力机上热压成型。
(3)热处理:将热压成型后的弯管放在热处理炉内,正火温度1050℃保温15min;回火温度760℃保温60min,随炉冷却。
(4)检测:将成型后的弯管放在平台上检测弯管的角度、平面度、波浪度、表面有无裂纹等。
无损检测结果:宏观检查发现其表面有少许较明显的裂纹;通过渗透检测的方法观察其表面存在大量裂纹,裂纹最密集处为0.4444个/cm2。裂纹特点是主要集中在弯头的拉伸面、弯曲面的一端,裂纹方向非常不规则,有横向、纵向并有和拉伸面切线方向大致呈45°角的裂纹,直板尺测量得出表面裂纹长度最长可达5~7mm。在解剖弯头后发现其内部也存在裂纹。
通过在金相显微镜下观察分析,弯头产生的裂纹类型属沿晶断裂,其夹杂物含量均在允许范围内,夹杂物含量如下:A类(硫化物)O级;B类(氧化物)0.5~l级;C类(硅酸盐)O级。其晶粒度等级为8.5~8级,同样是在规定的范围内,符合要求。那么产生裂纹的原因只有一种可能就是弯头在加工过程中材料有过热现象。
加工弯头前的锻件是经过加热锻造出来的,此外锻件成型后还要经过正火(920℃,保温4小时)加回火(720℃,保温6h)处理,弯头成型前又要加热至1000℃。在这几个阶段弯头材料都要经受高温的考验,容易产生过热现象,导致材料晶粒粗大、晶界弱化。在热压成型过程中。材料要承受很大的应力作用,此时弱化的晶界极易成为裂纹萌生和扩展的路径。虽然经过晶粒度评级,认定其晶粒度为8.5~8级,符合要求,这点似乎与金相图片显示弯头为沿晶断裂是因为过热相矛盾,因为过热会导致材料晶粒粗大。但是弯头在成型后又经历了一次改善其组织的正火加回火处理,这种处理可以细化晶粒,这就可以解释为什么材料晶粒度正常而又是因为过热而产生沿晶断裂。
综上所述,得出裂纹产生原因如下:弯头材料在加工过程中有过热现象,导致晶粒粗大、晶界弱化,在加工应力作用下致使其沿晶断裂。(榕霖)