(石鋼京誠(chéng)裝備技術(shù)有限公司，遼寧115004)

我公司生產(chǎn)的碳錳鋼船用鍛件是以粗加工狀態(tài)交貨，在超聲檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)近表面存在缺陷。針對(duì)此問(wèn)題，公司組織煉鋼廠、鍛造廠技術(shù)人員做了大量分析、改進(jìn)及跟蹤標(biāo)定工作，包括提高鋼水純凈度，強(qiáng)化中間包清理，調(diào)整中間包過(guò)熱度，優(yōu)化鍛造工藝等一系列措施，取得了一定效果，同時(shí)發(fā)現(xiàn)中間包過(guò)熱度的控制是影響此問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵因素，在相同中間包耐材、相同鋼水質(zhì)量水平條件下，隨過(guò)熱度的提高，廢品率降低。

1 生產(chǎn)過(guò)程

生產(chǎn)流程：電爐/轉(zhuǎn)爐→LF→VD，軟吹后，鋼水注入中間包，鋼水量達(dá)到要求后，中間包塞棒開(kāi)啟，鋼水經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入真空室中的鋼錠模中，實(shí)施VC澆注。澆注后鋼錠達(dá)到工藝脫模時(shí)間進(jìn)行脫模紅送鍛造廠，鍛造廠經(jīng)加熱、鍛造、熱處理形成鍛件毛坯，轉(zhuǎn)冷加工廠進(jìn)行機(jī)加工，機(jī)加光面后進(jìn)行360°超聲檢測(cè)。

2 生產(chǎn)過(guò)程調(diào)查

將某一時(shí)間段生產(chǎn)的12個(gè)爐號(hào)21支鍛件作為分析對(duì)象，分冶煉、澆注過(guò)程兩部分進(jìn)行分析，以便確定中間包過(guò)熱度對(duì)檢測(cè)合格率的影響。

2.1 冶煉過(guò)程

熔煉后出鋼、精煉、真空脫氣及軟吹幾個(gè)環(huán)節(jié)的具體執(zhí)行情況見(jiàn)表1。

從表1可見(jiàn)，除精煉部分時(shí)間偏長(zhǎng)外，其它未見(jiàn)異常，分析認(rèn)為冶煉部分不是影響檢測(cè)不合格的主要原因。

2.2 澆注過(guò)程

真空澆注過(guò)熱度、澆注時(shí)間等因素的影響見(jiàn)表2。

表1 冶煉部分工藝參數(shù)執(zhí)行情況Table 1 Operation situation of smelting process parameters

表2 VC澆注工藝參數(shù)執(zhí)行情況Table 2 Operation situation of VC process parameters

從表2可以看出，VC中間包過(guò)熱度對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定影響，檢測(cè)合格的中間包過(guò)熱度明顯高些。

真空澆注采用1爐鋼水澆注1個(gè)VC鋼錠還是采取快換中間包生產(chǎn)2個(gè)VC鋼錠，不同生產(chǎn)方式的影響見(jiàn)表3。

表3 快換中間包與單支鋼錠生產(chǎn)方式對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響Table 3 Effects of quick-change middle ladle and single ingot production manner on detection results

由表3可見(jiàn)，采取快換中間包生產(chǎn)的第2支鋼錠，檢測(cè)合格率遠(yuǎn)低于同爐鋼水澆注的第1支鋼錠，出現(xiàn)此問(wèn)題的主要原因是澆注第2支鋼錠時(shí)過(guò)熱度偏低。

2.3 中間包內(nèi)襯耐材情況

中間包內(nèi)襯耐材采用的都是葉臘石。

3 檢驗(yàn)

選擇超聲檢測(cè)不合格的40Mn-C中間軸，所取的試樣(距表面22 mm)存在?2 mm～?3 mm當(dāng)量密集性缺陷，具體檢驗(yàn)內(nèi)容如下。

3.1 低倍檢驗(yàn)

對(duì)來(lái)料進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，低倍檢驗(yàn)結(jié)果按GB/T 1979—2001評(píng)級(jí)圖評(píng)定結(jié)果為：一般疏松1.0級(jí)，中心疏松2.0級(jí)，錠型偏析0.5級(jí)，未見(jiàn)異常，具體形貌見(jiàn)圖1。

圖1 低倍整體形貌圖Figure 1 Macroscopic morphology of section

3.2 高倍觀察

采用超聲檢測(cè)標(biāo)定取樣部位，對(duì)定位后的試樣進(jìn)行缺陷查找，查找后制備高倍試樣，觀察發(fā)現(xiàn)密集型缺陷為分布密集的非硫化物類夾雜物，長(zhǎng)度在2～3 mm左右，具體形貌見(jiàn)圖2。

3.3 SEM觀察和能譜測(cè)定

圖2 高倍觀察缺陷形貌Figure 2 Microscopic morphology of defects

圖3 夾雜物形態(tài)和成分譜圖Figure 3 Microstructure of inclusion and component spectrum

對(duì)高倍檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的夾雜物進(jìn)行SEM觀察和能譜成分測(cè)定，夾雜物SEM形貌及能譜成分見(jiàn)圖3。由此可知，夾雜物是以Si、Al、Mn、Ca為主的復(fù)合類夾雜物。

4 原因分析

碳錳鋼船件化學(xué)成分主要是C和Mn，其中Mn含量控制范圍在1.25%～1.50%，真空澆注中間包內(nèi)襯葉臘石主要成分SiO2占35%～45%，Al2O3占30%～40%，SiC≤8%。鋼液中的Mn對(duì)中間包內(nèi)襯耐材中的SiO2有還原作用，使耐材內(nèi)的SiO2渣化，生成MnO-Al2O3-SiO2系的熔渣，反應(yīng)后的熔渣及沖刷掉的耐材一部分熔成大滴并能迅速浮到液面，一部分留在鋼內(nèi)，而在鑄錠末期或在鋼結(jié)晶時(shí)離開(kāi)耐材形成的夾雜來(lái)不及上浮，聚集在鋼錠內(nèi)，成為硅酸鹽夾雜物。

硅酸鹽夾雜物形成后能否及時(shí)上浮，與形成時(shí)鋼液過(guò)熱度有關(guān)。鋼水過(guò)熱較高時(shí)，鋼水的粘度低，流動(dòng)性好，形成的夾雜物有更多時(shí)間聚集、長(zhǎng)大，進(jìn)而上浮去除。過(guò)熱度越高，上浮去除越充分。反之，當(dāng)鋼水過(guò)熱度較低時(shí)，鋼水的粘度高，流動(dòng)性差，形成的雜物來(lái)不及向內(nèi)向上推進(jìn)，即被凝固前沿捕捉，距離鋼錠表面近。這些夾雜物影響了鋼的連續(xù)性能，極有可能成為后續(xù)熱加工開(kāi)裂的誘因。當(dāng)然從有利于凝固角度看，應(yīng)降低過(guò)熱度，盡可能減少選分結(jié)晶的機(jī)會(huì)，減輕偏析程度。因此，適當(dāng)?shù)母哌^(guò)熱度是合適的，不能一味追求更高的過(guò)熱度。

同時(shí)，我們注意到能譜檢測(cè)出了Ca和Mg元素，量較少。Ca主要來(lái)源于煉鋼鈣處理，鋼包襯主要為鎂質(zhì)。當(dāng)Ca進(jìn)入到鋼中，與鋼中Mg形成鈣鎂鋁酸鹽夾雜物。當(dāng)這些夾雜物遇到硅酸鋁夾雜物時(shí)，聚集成較大的復(fù)合型夾雜物。因此，減輕夾雜物的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布也是尤為重要的。鋼水純凈度的好壞，也是重要的影響因素之一。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)排查，并通過(guò)高倍觀察及SEM形貌及能譜分析，確定在現(xiàn)有中間包耐材條件下，中間包過(guò)熱度偏低影響夾雜物上浮是造成船用碳錳鋼鍛件近表面密集性缺陷的一個(gè)主要因素。當(dāng)然，鋼水純凈度、鍛造工藝因素也不能忽視。在能滿足鍛件船規(guī)要求的前提下，采用下注鋼錠代替經(jīng)中間包澆注的VC鋼錠，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，可有效解決碳錳鋼鍛件近表面缺陷問(wèn)題。必須采用VC鋼錠的，在中間包耐材一定情況下，合理控制中間包過(guò)熱度是解決該問(wèn)題的一項(xiàng)有效措施。

通過(guò)采取提高過(guò)熱度等措施后，VC錠船用鍛件超聲檢測(cè)合格率由2014年的57%提高到2015年的95%以上，效果顯著。