■ 王孟，谷浩鵬，李炎，王忠

眾所周知，微量硼具有顯著提高淬透性的作用，加入微量的硼能在保證鋼淬透性的前提下節(jié)約稀缺合金元素（如Ni、Mo等）。通常認為硼含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在0.0005%～0.0030%時能顯著提高鋼的淬透性，但是硼含量過高會因硼相的析出而導(dǎo)致淬透性下降。目前，國內(nèi)外鋼材市場不景氣，競爭激烈，許多鋼材廠家在各類鋼材中添加微量B元素，以降低稀缺合金元素使用量或使用含B廢鋼，從而控制生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力，尤其是近年我國對含B鋼增加出口退稅政策，加劇了鋼廠對各類鋼添加B元素或使用含B廢鋼。

鋼廠添加B元素在降低生產(chǎn)成本的同時，也為使用廠家?guī)砹诵碌膯栴}。由于B含量較低屬于微量元素，鋼材廠家一般不會在鋼的化學(xué)成分中將B元素含量標(biāo)出，而對使用廠家來說通常不會將微量元素B作為化學(xué)成分入廠檢測的關(guān)注點，添加微量B后材料淬透性大大提高，材料淬透性變化較大時，工藝參數(shù)勢必需要及時調(diào)整，如不進行調(diào)整會出現(xiàn)由于材料淬透性過高造成的淬火裂紋等問題。

1.概況

我公司長期使用40CrMn鋼制作輪轂，該鋼無B元素含量要求，化學(xué)成分見表1。輪轂粗加工工藝如圖1所示，該輪轂工藝過程為：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→涂裝，調(diào)質(zhì)硬度要求248～293HBW，金相組織為回火索氏體+鐵素體。

該輪轂調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)為：840℃加熱淬火，保溫2h，回火溫度600℃，淬火油溫度控制在25～50℃，淬火時開動攪拌泵對淬火油進行攪拌，以保證淬火效果，輪轂調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)如圖2所示。我公司常年使用該工藝參數(shù)對輪轂進行調(diào)質(zhì)處理，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，硬度、金相組織等均合格，并且從未出現(xiàn)任何淬火裂紋現(xiàn)象。2014年生產(chǎn)3批淬火輪轂，無損檢測突然發(fā)現(xiàn)大批量淬火裂紋現(xiàn)象（裂紋統(tǒng)計情況見表2），嚴(yán)重影響生產(chǎn)進度，造成巨大經(jīng)濟損失。

表1 40CrMn化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.裂紋原因分析

對裂紋輪轂進行磁粉檢測，發(fā)現(xiàn)裂紋均出現(xiàn)在同一位置，裂紋位置如圖3所示，裂紋沿工件外圓擴展，最大處沿外圓處裂紋一周。

為分析裂紋宏觀形貌，沿裂紋輪轂縱向剖切，切取試塊，從宏觀上觀看裂紋形貌，如圖4所示。裂紋較為剛直，垂直向內(nèi)擴展，裂紋深度約為10mm，拋光試樣，觀看裂紋起始處、裂紋中段及裂紋尾部形貌，如圖5所示。從圖4、圖5分析來看，裂紋屬于較為典型的淬火裂紋特征。腐蝕裂紋處，查看裂紋處的金相組織，如圖6所示，從裂紋起始處、裂紋中段以及裂紋尾部金相組織中可以看出，裂紋處無較為明顯脫碳情況，屬于較為明顯的淬火裂紋。

通過上述檢測，我們對裂紋的三批次輪轂進行分析。首先，我們核對相關(guān)生產(chǎn)記錄、工藝參數(shù)等，生產(chǎn)現(xiàn)場均按照工藝要求生產(chǎn)；隨后我們對熱處理加熱爐溫均勻度和淬火油的性能進行檢測，檢測結(jié)果均滿足要求。我們對三批次裂紋工件的化學(xué)成分進行分析檢測并與前期正常檢驗工件的化學(xué)成分進行對比分析，檢測結(jié)果見表3。可以看出，前期生產(chǎn)正常輪轂的40CrMn材料中沒有B（B含量低于光譜儀檢測范圍，無法檢測出含量），而裂紋件均檢測出B，B含量在0.0004%～0.0006%。

B具有極強提高淬透性的能力，0.0010%～0.0030%硼的作用可分別相當(dāng)于0.6%M n、0.7%Cr、0.5%Mo和1.5%Ni，因此其提高淬透性的能力為上述合金元素的幾百倍乃至上千倍，故此只需極少量硼即可節(jié)約大量的稀缺合金元素。本次使用40CrMn中檢測出0.0004%～0.0006%的微量硼，該40CrMn在增加B元素的同時，其他合金元素（如Cr、Mn等）的含量沒有太大變化，材料的淬透性大大提高，從而造成本次淬火裂紋的發(fā)生。

圖1 輪轂粗加工工藝示意

表2 輪轂裂紋情況統(tǒng)計

圖2 輪轂調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)

圖3 輪轂裂紋位置示意

圖4 剖切試樣

通過上述分析，可初步判定原材料中B元素添加是造成輪轂淬火裂紋的直接原因，為進一步驗證我們的判斷，我們對不含B的普通40CrMn鋼和含B量為0.0006%的40CrMn鋼分別制取端淬試樣，兩種試樣化學(xué)成分見表4。對兩種試樣880℃的淬透性進行對比，結(jié)果如圖7所示，從圖7可以看出在其他化學(xué)成分基本相當(dāng)?shù)那闆r下，含B的40CrMn淬透性明顯高于不含B的40CrMn。

3.改善措施

針對上述情況，我公司通過與鋼廠溝通協(xié)調(diào)，將采購含B的40CrMn全部替換為不含B的40CrMn，使用不含B的40CrMn鋼后，淬火裂紋問題消除。對于已生產(chǎn)的含B的40CrMn輪轂，我公司通過工藝試驗，將淬火溫度降低至830℃，并且淬火時不攪拌淬火油，淬火裂紋問題同樣消除。對兩種輪轂剖檢結(jié)果顯示，淬火硬度、金相組織等均合格，滿足圖樣要求。

通過我公司的這次生產(chǎn)經(jīng)驗顯示，微量的B元素對40CrMn鋼的淬透性影響較大，鋼廠生產(chǎn)的鋼材中如果添加B元素或使用含B的廢鋼，致使成品鋼中含有有效B時，需將B元素的含量在化學(xué)成分中標(biāo)出，或以其他方式告知鋼材使用廠家，以免由于微量B元素對淬透性的提高，造成材料淬透性的變化，給使用廠家造成經(jīng)濟損失。

圖5 裂紋開口處、裂紋中部及裂紋尾部（100×）

表3 正常件及裂紋件化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 兩種試樣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

圖7 含B40CrMn普通不含硼40CrMn淬透性對比

20150306