823鋼熱應(yīng)力及橫向斷裂分析

823鋼熱應(yīng)力及橫向斷裂分析

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，只有大口徑火炮才能對(duì)敵人的大炮發(fā)起有效的垂直和深火力，以遏制和破壞敵人的地面目標(biāo)和強(qiáng)大的能力，并對(duì)基地團(tuán)隊(duì)提供有效的火力支持。為提高火炮的性能,研制和改進(jìn)工作主要集中在提高射程、射速、機(jī)動(dòng)性和單發(fā)炮彈的威力上。目前國(guó)外已發(fā)展小、多、快的殺傷破片,既用高強(qiáng)度脆性鋼,減薄彈體壁厚,多裝藥,裝好藥,減輕彈片質(zhì)量,增加破片數(shù)量和飛散速度,從而使單發(fā)炮彈的殺傷威力大大提高。我國(guó)大口徑殺傷榴彈用鋼一直沿用20世紀(jì)40年代水平的蘇聯(lián)D60鋼。由于這種鋼強(qiáng)度低,延性大,彈壁厚,裝藥猛度低,殺傷破片數(shù)量少,故已不適應(yīng)于榴彈鋼。為適應(yīng)國(guó)防現(xiàn)代化的需要,迅速趕上世界先進(jìn)水平,我國(guó)研制了具有特殊高破片的彈鋼823鋼。823鋼具有廣泛的適應(yīng)性,良好的淬透性、冷脆性、熱加工性能、冷加工性能等。823鋼的研制成功,填補(bǔ)了我國(guó)高破片率榴彈用鋼的空白,其戰(zhàn)術(shù)性能與國(guó)外水平相當(dāng)。1沖拔第31發(fā)前后板柱開拔節(jié)時(shí)殼體被沖拔時(shí)包2011年3月9日,某產(chǎn)品殼體沖拔生產(chǎn)時(shí),加熱過程中操作者聽到感應(yīng)加熱爐內(nèi)有鋼坯開裂響聲,沖拔第31發(fā)時(shí),殼體毛坯發(fā)生斷裂,毛坯斷裂為2段,包在沖模具中(如圖1所示)。生產(chǎn)車間立即停產(chǎn)、停電將感應(yīng)加熱爐中鋼坯逐發(fā)排出,此時(shí)爐中共有18發(fā)鋼坯,經(jīng)檢查其中3發(fā)鋼坯沿橫截面發(fā)生斷裂(如圖2所示)。2鋼坯橫向斷裂產(chǎn)生原因根據(jù)鋼坯橫向斷裂形態(tài),從人、機(jī)、料、法等方面進(jìn)行了分析?？赡墚a(chǎn)生橫向斷裂疵病原因如下所述。操作者對(duì)工藝參數(shù)不熟悉或責(zé)任心不強(qiáng),儀表監(jiān)控不到位,加熱過程中鋼坯溫度過高造成鋼坯過燒,導(dǎo)致鋼坯產(chǎn)生橫向斷裂;工藝設(shè)置加熱溫度過高或加熱時(shí)間過長(zhǎng),鋼坯在加熱過程中過燒,導(dǎo)致鋼坯產(chǎn)生橫向斷裂;冬季生產(chǎn)鋼坯在低溫狀態(tài)下進(jìn)入工房,未達(dá)到室溫而直接投產(chǎn),導(dǎo)致鋼坯產(chǎn)生橫向斷裂;原材料存在非金屬夾雜、化學(xué)成分偏析、白點(diǎn)、低熔點(diǎn)缺陷或原材料存在殘余應(yīng)力,在感應(yīng)加熱過程中產(chǎn)生裂紋,導(dǎo)致鋼坯產(chǎn)生橫向斷裂;加熱爐加熱過程中溫度失控,導(dǎo)致鋼坯產(chǎn)生橫向斷裂。3原因證明3.1關(guān)于人員質(zhì)量管理部門和技術(shù)部門現(xiàn)場(chǎng)對(duì)操作者及檢驗(yàn)人員進(jìn)行工藝參數(shù)考核,并檢查了當(dāng)時(shí)的感應(yīng)加熱記錄,記錄數(shù)據(jù)完整、正確。3.2工藝與方法3.2.1金相組織檢查為驗(yàn)證是否存在加熱溫度過高產(chǎn)生橫向斷裂問題,進(jìn)行了15發(fā)鋼坯感應(yīng)加熱驗(yàn)證試驗(yàn)。加熱時(shí)間按70～75s執(zhí)行,其中7發(fā)加熱參數(shù)按照工藝規(guī)定的1190±20℃;8發(fā)提高加熱溫度,最高達(dá)到1246℃,超出工藝規(guī)定30℃左右,加熱后鋼坯均無開裂現(xiàn)象發(fā)生。抽取正常工藝參數(shù)加熱鋼坯(5號(hào))和超出工藝范圍溫度最高的鋼坯(10號(hào))進(jìn)行了金相組織檢查。晶粒度檢查結(jié)果為:5號(hào)鋼坯晶粒度為2級(jí),10號(hào)鋼坯晶粒度為1.5級(jí),2種鋼坯的組織均正常,晶粒度照片如圖3、圖4所示。3.2.2鋼坯斷裂試驗(yàn)為驗(yàn)證鋼坯低溫狀態(tài)下進(jìn)入工房,直接投產(chǎn)是否產(chǎn)生橫向斷裂問題。對(duì)6發(fā)鋼坯進(jìn)行了低溫試驗(yàn),保溫后(溫度設(shè)置為-20℃,保溫48h),按照正常工藝參數(shù)1190±20℃進(jìn)行加熱,加熱后鋼坯未發(fā)生斷裂,照片如圖5所示。3.2.3橫向斷裂橫向斷裂為驗(yàn)證感應(yīng)加熱爐是否存在加熱不均勻造成鋼坯橫向斷裂。對(duì)6發(fā)鋼坯進(jìn)行了高溫試驗(yàn),加熱溫度為1300～1320℃,加熱后鋼坯表面有過燒現(xiàn)象但未發(fā)生橫向斷裂,照片如圖6所示。3.2.4批驗(yàn)證試驗(yàn)按正常工藝參數(shù),工廠組織沖拔10爐剩余料236發(fā),未出現(xiàn)裂紋。3.3檢查質(zhì)量及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)興澄特鋼原材料進(jìn)廠驗(yàn)收情況進(jìn)行了復(fù)查,化學(xué)成分、力學(xué)性能、高低倍組織檢查等各項(xiàng)指標(biāo)均符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。并對(duì)產(chǎn)生疵病的該爐料剩余的684發(fā)鋼坯和12爐整爐料進(jìn)行了六面100%超聲波探傷和外觀質(zhì)量檢查,結(jié)果均無異常。4物理和化學(xué)試驗(yàn)4.1低倍檢測(cè)距斷裂面25mm處取橫向低倍進(jìn)行檢查,結(jié)果顯示:低倍組織正常。4.2金相組織檢查在3發(fā)橫向斷裂鋼坯上取3塊試樣,分別在中心及鄰近斷裂源處取金相試樣,編為1,2,3號(hào)。斷裂料晶粒度如圖7所示。111在樣品中心進(jìn)行取樣，金相測(cè)試結(jié)果基體組織正常,斷裂面有氧化脫碳現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)有微裂紋。22該值應(yīng)在相鄰誤差源中采集，金相測(cè)試結(jié)果斷裂面附近有縱向分布的夾雜物,經(jīng)能譜鑒定分析,分別為硫化鐵、氮化鈦、碳化鈦。照片如圖8,9,10所示。3鋼坯心斷口電鏡觀察μm的縱向微裂紋,照片如圖11所示。在裂紋源兩側(cè)可見與裂紋擴(kuò)展方向一致的二次裂紋,并可見氧化脫碳現(xiàn)象,在縱向微裂紋和基體之間可見明顯變形的金相組織,照片如圖12所示。對(duì)其斷裂源進(jìn)行斷口電鏡掃描,可見弧形微裂紋,照片如圖13所示。由3號(hào)試樣宏觀斷口可見,此次斷裂在鋼坯心部形成約?15mm圓形橫向斷裂源,然后向四周擴(kuò)散。通過金相和電鏡觀測(cè),裂紋源部位首先形成的是多條相距小于200μm的縱向微裂紋,由于微裂紋之間相距較小,使得微裂紋之間的聯(lián)系在拉應(yīng)力作用下斷開,形成約?15mm的橫向斷裂面,并在拉應(yīng)力作用下向外擴(kuò)展。向外的拉應(yīng)力是在鋼材加熱時(shí)熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及鋼材自身退火或緩冷不充分所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力共同作用下所產(chǎn)生。5鋼坯出現(xiàn)