薛青春

（山東鑫海科技股份有限公司， 山東 莒南 276600）

1 馬氏體氣閥鋼的生產(chǎn)情況

馬氏體Cr-Si 系氣閥鋼是內(nèi)燃機進氣閥、排氣閥常用材料，600～800 ℃具有良好的抗氧化性和高溫強度，在中小型柴油發(fā)動機、重載汽車排氣閥部件中得到廣泛應(yīng)用[1]。

某廠2018 年7 月份試制生產(chǎn)馬氏體氣閥鋼（以下簡稱氣閥鋼）180 mm×180 mm 規(guī)格方坯2 個澆次，均在連鑄澆鑄過程中因鑄坯出現(xiàn)縱裂而導(dǎo)致漏鋼事故，不僅造成生產(chǎn)成本大幅度提高，還嚴(yán)重影響生產(chǎn)秩序和產(chǎn)品成材率，圖1 為漏鋼處前面缺陷圖，馬氏體氣閥鋼主要成分見表1，某廠連鑄機主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表1 馬氏體氣閥鋼主要成分 %

表2 某廠連鑄機主要技術(shù)參數(shù)

2 縱裂缺陷形成原理及主要影響因素

2.1 縱裂缺陷形成原理

從根本上講，鑄坯表面縱裂是由于坯殼在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻?qū)е聭?yīng)力集中而發(fā)生[2]。初生坯殼生長不均勻造成強度不均勻，在坯殼薄弱處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，同時在保護渣流入低的地方，使凝固坯殼成長滯后，在坯殼表面形成凹陷，當(dāng)應(yīng)力的增加超出凹陷處坯殼表面高溫強度及允許變形率時，鑄坯皮下裂紋發(fā)展成細小縱裂紋，細小的縱裂紋出結(jié)晶器后在二冷區(qū)將沿著樹枝晶間低塑性去繼續(xù)撕裂，形成粗大縱裂紋，嚴(yán)重時出現(xiàn)縱裂漏鋼。

2.2 縱裂缺陷形成影響因素

由縱裂紋形成原理可知，縱裂是否產(chǎn)生主要取決于結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼厚度、坯殼高溫力學(xué)強度、坯殼所受應(yīng)力大小，以及出結(jié)晶器后坯殼所受機械應(yīng)力與熱應(yīng)力大小。從連鑄生產(chǎn)實際及裝備工作狀況看，鑄坯表面是否出現(xiàn)縱裂缺陷主要有以下幾個因素：

1）設(shè)備方面。結(jié)晶器錐度及熱工作狀態(tài)（傳熱效率、有無變形、超過允許深度的劃傷），結(jié)晶器、夾持段對弧等。

2）工藝方面。澆鑄溫度，鋼水成分，水口尺寸，水口浸入深度以及在結(jié)晶器內(nèi)對中，結(jié)晶器液面波動，鋼液在結(jié)晶器內(nèi)流動狀態(tài)，拉坯速度與澆鑄溫度。

3）結(jié)晶器保護渣性能。單靠設(shè)備及工藝操作不能完全解決問題時，還需有性能（如粘度、堿度）與該鋼種澆鑄條件匹配的結(jié)晶器保護渣。

3 縱裂缺陷形成原因及主要控制措施

3.1 縱裂缺陷形成原因

經(jīng)過現(xiàn)場實地跟蹤生產(chǎn)情況，調(diào)取生產(chǎn)原始記錄等方式，該廠生產(chǎn)氣閥鋼時發(fā)生縱裂缺陷，主要由以下幾個原因：

3.1.1 水口不對中

操作人員在操作過程中存在隨意性外，比如，澆鑄過程中水口對中不良，見圖2。

圖2 結(jié)晶器內(nèi)中包水口對中情況

3.1.2 澆鑄溫度高

因該鋼種在之前澆鑄過程中發(fā)生因溫降過快導(dǎo)致絮流的生產(chǎn)事故，在實際生產(chǎn)澆鑄溫度過熱度遠高于工藝要求的目標(biāo)過熱度，見表2。

表2 實際澆鑄過熱度與工藝要求目標(biāo)過熱度 ℃

3.1.3 保護渣選用不合理

該廠原以生產(chǎn)300 系、400 系不銹鋼為主，主要使用兩種保護渣，兩次澆鑄氣閥鋼時交替試用兩種保護渣，均發(fā)生縱裂缺陷導(dǎo)致的漏鋼事故，表明現(xiàn)場使用的保護渣性能與所澆鑄鋼種不匹配，影響結(jié)晶器內(nèi)坯殼形成的均勻性，300 系、400 系保護渣主要成分及理化性能見表3。

3.2 改進措施及執(zhí)行效果

針對現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題及工藝存在的不足，后續(xù)試制生產(chǎn)澆次主要從以下3 個方面進行改進。

3.2.1 現(xiàn)場跟蹤指導(dǎo)

避免操作隨意性，現(xiàn)場跟蹤指導(dǎo)操作人員操作，同時將水口浸入深度調(diào)整至（85±5）mm 以減輕液面波動，改進后實際生產(chǎn)水口對中及浸入深度，見圖3。

表3 保護渣主要成分及理化性能（質(zhì)保書數(shù)據(jù)）

圖3 改進后水口對中及浸入深度

3.2.2 適當(dāng)延長中間包烘烤時間

鋼包增加保溫層，降低澆鑄過程中間包溫降速度，進而保證在降低澆鑄過熱度同時不發(fā)生絮流事故，第三次試制時過熱度見表4。

表4 第三次試制中包過熱度與工藝要求目標(biāo)過熱度 ℃

3.2.3 試用型號專用保護渣

使用較高堿度的保護渣，兼顧潤滑功能的同時改善結(jié)晶器內(nèi)傳熱，確保結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼均勻性，新型號保護渣主要成分及理化性能見表5。

表5 新型號保護渣主要成分及理化性能（質(zhì)保書數(shù)據(jù)）

4 結(jié)語

結(jié)合第三次試制時制定措施，在實際生產(chǎn)中均得到執(zhí)行，試制過程中未發(fā)現(xiàn)鑄坯表面存在縱裂缺陷，說明采取措施有效。在后續(xù)生產(chǎn)中，按照改進后的操作要求和工藝要求進行生產(chǎn)2 個澆次馬氏體氣閥鋼，均未出現(xiàn)縱裂缺陷，鑄坯表面質(zhì)量良好。