1.偏析

钢中化学成分和杂质分布的不均匀现象称为偏析。一般来说，高于平均成分的人称为正偏析，低于平均成分的人称为负偏析。还有宏观分析，如区域分析和微观分析，如枝晶分析和晶间分析。

大锻件的偏析与钢锭的偏析密切相关，钢锭的偏析程度与钢种、钢锭类型、冶炼质量和浇筑条件有关。合金元素、杂质含量和钢中气体都加剧了偏析的发展。钢锭越大，浇筑温度越高，浇筑速度越快，偏析程度越严重。

(1)区域偏析属于宏观偏析，是由钢液在凝固过程中选择结晶、溶解度变化和比例差引起的。

对策是：

1)降低钢中硫、磷等偏析元素和气体的含量，如炉外精炼和真空碳脱氧（VCD）锭底吹氩工艺及处理。

2)采取多炉合浇、冒口补浇、振动浇注、发热保温冒口等措施，提高冒口补缩能力。

3)采用短粗锭型严格控制注温和注速，改善结晶条件。

(2)枝晶偏析属于微观偏析。枝状结晶与晶间微区成分的不均匀性可能导致组织性能分布不均匀。使用扫描电镜（SEM）、波谱仪（WDS）、能谱仪（EDS）通过高温扩散加热，可以检测和澄清微区域观察和成分分析的原因。锻造压力的合理变形和均匀加热处理可以消除或减少其不良影响。

2.夹杂物和有害微量元素

常见的内生夹杂物主要包括硫化物、硅酸盐、氧化物等。它们在钢中的数量和组成与钢的成分、冶炼质量、浇筑工艺和脱氧方法有关。高熔点的内生夹杂物在基质金属之前凝固，晶体不受阻碍，呈规则的棱角形状；低熔点的内生夹杂物由于凝固金属的限制，形状主要是球或条状，分支晶体沿晶体边界分布。硫化物和塑料硅酸盐组，当钢锭锻造变形时，沿主变形方向延伸，呈带状。

对策是：

1)钢液真空处理，炉外精炼，控制钢液质量；

2)清洁浇注，防止外来污染和异金属进入人体；

3)合理锻造变形，改善夹杂分布。

3.缩孔疏松

这种孔隙缺陷破坏金属连续性，形成应力集中和裂纹源，属于不允许的缺陷。

钢锭开坯时，切除量不足，残留缩孔疏松，表现为锻件端有管状孔或严重中心疏松。

对策是：

1)严格控制浇注温度和速度，防止低温慢速注锭；

2)采用发热冒口或绝热冒口，改善收缩条件，使收缩孔向冒口区移动，防止收缩孔深入锭体；

3)控制锻造过程中钢锭出口切口率，充分切断收缩松动缺陷。合理锻造压力变形，压实松动缺陷。

4.气泡

钢中的气体由炉料、炉气和空气进入。当冶炼过程中脱氧不良，沸腾排气不足时，钢液中的气体含量过高。在凝固过程中，随着温度的降低和气体溶解度的降低，钢液中沉淀出来，形成内部气泡。当钢锭模壁潮湿、腐蚀、涂层中含有水或挥发性物质时，气体会渗透到钢锭表面，形成皮下气泡。

对策是：

1)充分烘烤炉料和浇筑系统；

2)冶炼时充分脱气，采用保护浇筑工艺；

3)高温扩散、锻压焊孔缺陷；

4)及时烧剥表面裂纹。

5.锻造裂纹

（1）钢锭缺陷引起的锻造裂纹大多可能在锻造过程中引起开裂。图6-8显示2Cr13主轴锻件中心裂纹。这是因为6t钢锭凝固时结晶温度范围窄，线收缩系数大。冷凝收缩不足，内外温差大，轴拉应力大，沿枝晶裂纹形成钢锭轴晶间裂纹，锻造过程中进一步扩展，形成主轴锻件裂纹。

以下措施可以消除这一缺陷：①提高冶炼钢水的纯度；②铸锭冷却缓慢，降低热应力；③采用良好的加热剂和保温帽，提高收缩能力；④采用中心压实锻造工艺。

（2）钢中有害杂质沿晶体边界沉淀引起的锻造裂纹钢中的硫通常以FES的形式沿晶体边界沉淀，熔点仅为982℃，在1200℃锻造温度下，晶体边界熔化，以液体膜的形式包围晶体，破坏晶体之间的组合，产生热脆性，轻微锻造会开裂。

钢中含铜在1100～在1200℃温度下的过氧化气氛中加热时，由于选择性氧化，表面会形成富铜区。当超过铜在奥氏体中的溶解度时，铜以液体薄膜的形式分布在晶体边界，形成铜脆，不能锻造。如果钢中仍有锡和锑，铜在奥氏体中的溶解度将严重降低，并加剧这种脆化趋势。

(3)异相(二相)引起的锻造裂纹钢中二相的力学性能往往与金属基体有很大的不同，因此在变形流动过程中会引起附加应力，导致整个工艺塑性下降。一旦局部应力超过异相与基体之间的结合力，就会发生分离形成孔洞。如钢中的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅酸盐等。如果这些相是密集的。链条分布，尤其是在晶体边界结合力薄弱的地方，高温锻造压力会开裂。图6-10是20SiMn钢87t锭沿晶体边界沉淀造成锻造裂纹的宏观形状，其表面已氧化，呈现多面柱状晶体。微观分析表明，锻造裂纹与一次晶体边界中大量沉淀的小颗粒状ALN有关。

对策是：

1)限制钢中加铝量，去除钢中氮气或用钛法抑制ALN沉淀量；

2)采用热送钢锭、过冷相变处理工艺；

3)提高热送温度（＞900℃)直接加热锻造；

4)锻前完全均匀退火，使晶界沉淀相扩散。

6.过热、过热和温度不均匀

当加热温度过高或高温停留时间过长时，很容易导致过热和过热。过热显著降低了材料的塑性和冲击韧性。过热时，材料的晶体边界被剧烈氧化或熔化，完全失去了变形能力。

当加热温度分布严重不均匀时，表现为锻坯内外、正反面、沿长度温差过大，导致锻造过程中变形不均匀、偏心锻造等缺陷，也称为缺热。

对策是：

l）严格执行正确的加热规范；

2)注意装炉方式，防止局部加热；

3)调整温度计，精心加热操作，控制炉温和炉气流动，防止加热不均匀。

7.白点

白点是锻件运动后冷却过程中产生的内部缺陷。它的形状是细发尖角裂纹，断口是银白色斑点。照片6-13是Cr－Ni－Mo钢锻件纵向断口上的白点。它的形状不规则，尺寸不同。小长轴尺寸仅为2mm，长轴尺寸为24mm。白点本质上是一种脆性锐边裂纹，危害极大。它是马氏体和珠光体钢中非常危险的缺陷。

白点的原因是钢中氢在应力作用下富集到拉应力区，使钢产生所谓的氢脆性和脆性断裂，因此氢和附加应力的联合作用是白点的原因。

对策是：

1)降低钢中氢含量，如注意烤箱材料、冶炼时充分沸腾、真空除气、炉外精炼脱气等。

2)采用消除白点的热处理。主要任务是扩散钢中的氢，消除应力，如扩氢和退火热处理。详见锻造过程中常见缺陷中锻后清洗工艺不当造成的缺陷。

8.组织性能不均匀

大型锻件由于其尺寸大、工艺多、周期长、工艺不均匀、不稳定因素多，往往导致组织性能严重不均匀，无法通过机械性能试验、金相组织检查和无损检测。由于化学成分分析、夹杂物聚集、各种孔隙缺陷、温度变化缓慢、分布不均匀、内应力大、缺陷多、局部应力变形、塑料流量、压实程度、变形分布差异大、扩散缓慢、组织变化复杂、附加应力大。上述因素可能导致组织性能严重不均匀，质量不合格。

提高大型锻件均匀性的措施：

1)采用先进的冶铸技术，提高钢锭的冶金质量；

2)采用控制锻造、控制冷却技术，优化工艺流程，提高大锻件生产的技术经济水平。

9.淬火裂纹和回火脆性

许多对机械性能和表面硬度要求较高的大型锻件应在锻造后进行粗加工，然后进行质量调节、热处理或表面淬火。在热处理过程中，由于温度的急剧变化，会产生较大的温度应力。由于相变也产生组织应力和锻造