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        低溫條件下55Q輕軌斷裂原因分析及生產(chǎn)工藝改進

        2020-06-05 05:13:38供稿張萬慶李秋京張毅軍李坤
        金屬世界 2020年3期
        關(guān)鍵詞:生產(chǎn)

        供稿|張萬慶,李秋京,張毅軍,李坤 /

        內(nèi)容導(dǎo)讀

        唐鋼中型線在冬季0~20 ℃低溫條件下生產(chǎn)55Q材質(zhì)輕軌時矯直和加工斷裂率高達15%。本文從輕軌軋后冷卻速率、化學(xué)成分、金相組織、夾雜物等方面進行了分析,確定了輕軌斷裂的主要原因為軋后冷卻速率過快、化學(xué)成分C含量較高、受夾雜物的影響及磕碰損傷。通過在成品軋機與冷床之間的輸送窄輥道上安裝保溫罩、優(yōu)化55Q化學(xué)成分、嚴格控制夾雜物的數(shù)量和等級、對冷床收集槽進行改造等生產(chǎn)工藝改進,輕軌斷裂率由15%降低至0.02%以下。

        唐鋼中型線生產(chǎn)的55Q材質(zhì)輕軌為中碳鋼,C質(zhì)量分數(shù)為0.50%~0.60%。由于C含量較高,降低了輕軌的塑性和韌性,冬季低溫條件下生產(chǎn)時矯直和加工斷裂率高達15%以上,用戶提出的斷裂質(zhì)量異議較多,而且在產(chǎn)品使用過程中存在著嚴重的安全隱患。因此,在每年冬季取暖期唐鋼中型線無法進行輕軌生產(chǎn),嚴重影響了中型線輕軌產(chǎn)品的市場占有率和產(chǎn)品創(chuàng)效能力。本文對輕軌斷裂原因進行了全面分析,并有針對性地進行了生產(chǎn)工藝優(yōu)化,成功地解決了中型線低溫條件下55Q材質(zhì)輕軌生產(chǎn)斷裂率偏高的問題。

        輕軌斷裂原因分析

        軋后冷卻速率

        中型線冬季生產(chǎn)55Q材質(zhì)輕軌時,終軋溫度約為800~900 ℃,上冷床溫度約為550~650 ℃。對終軋溫度和上冷床溫度進行測量,結(jié)果表明輕軌在精軋機出口到上冷床前平均冷卻速度約為2.48 ℃/s,期間溫度范圍約為550~800 ℃,發(fā)生奧氏體向鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變,由于沒有任何緩冷設(shè)施,冷速過快,熱應(yīng)力不均,珠光體片層間距較小,脆性增加。

        化學(xué)成分

        對55Q 30 kg/m輕軌斷裂部位進行取樣,檢驗結(jié)果見表1。該試樣C含量偏高,達到國標(biāo)上限,而且與精煉站出站樣成分碳含量偏差較大,說明在精煉站取完出站樣至澆注完成過程中存在鋼水增碳情況,其他元素含量均在標(biāo)準范圍之內(nèi)。

        顯微組織

        對55Q 30 kg/m 輕軌斷裂部位進行金相組織檢測,其顯微組織形態(tài)主要為網(wǎng)狀鐵素體+珠光體(圖1)。圖1(a)邊部存在輕微脫碳現(xiàn)象,為軋制過程中軋件表面脫碳所致,屬于正?,F(xiàn)象;圖1(b)中部存在屈氏體等過冷組織。

        表1 斷裂輕軌化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù),%)

        圖1 55Q 30 kg/m輕軌斷裂部位金相組織

        夾雜物

        對55Q 30kg/m輕軌斷裂部位取樣,進行夾雜物檢測,發(fā)現(xiàn)該斷裂部位存在C類夾雜物,級別達到2.5~3.0級,對輕軌的韌性影響較大,見圖2。

        圖2 輕軌斷裂部位夾雜物

        電鏡分析

        對輕軌斷裂部位進行SEM分析,結(jié)果顯示該輕軌斷裂部位存在著Si、Mg、O的夾雜物(圖3),其中O質(zhì)量分數(shù)為57.81%,Mg為 13.92%,Si 為21.71%。通過夾雜物的形貌和成分判斷該夾雜物為外來夾雜物,推斷可能是耐材侵蝕所致。

        斷裂部位宏觀形貌

        對輕軌斷裂部位宏觀形貌進行觀察,發(fā)現(xiàn)個別斷裂部位軌底存在磕碰損傷(圖4),使得在矯直或加工過程中容易引發(fā)斷裂。

        生產(chǎn)工藝改進

        化學(xué)成分優(yōu)化及控制

        鋼中含Mn可以幫助提高韌性,隨著Mn質(zhì)量分數(shù)的增加,脆性轉(zhuǎn)變溫度降低;Si、P、S等雜質(zhì)易偏聚于晶界,降低晶界表面能,產(chǎn)生沿晶斷裂,同時降低脆斷應(yīng)力,從而降低Si及S、P等雜質(zhì)的含量以提高韌性[1]。

        圖3 輕軌斷裂部位電鏡分析

        圖4 輕軌斷裂部位宏觀形貌

        針對冬季氣溫較低的特殊情況,并綜合考慮各元素對輕軌產(chǎn)品性能的影響,設(shè)計了低溫條件下55Q材質(zhì)輕軌生產(chǎn)的化學(xué)成分。碳含量按照國家標(biāo)準要求中下限進行窄范圍控制,同時適當(dāng)提高Mn含量降低Si含量,減少P、S的含量,在保證輕軌的化學(xué)成分和產(chǎn)品性能均滿足國家標(biāo)準要求的同時,提高輕軌的韌性,降低輕軌的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

        在生產(chǎn)過程中跟蹤轉(zhuǎn)爐、精煉、鑄坯碳含量變化,確定增碳原因,重點防范控制,達到穩(wěn)定控制C含量的目標(biāo)。

        夾雜物控制

        提高轉(zhuǎn)爐終點C含量,降低氧位;精煉按照中上限控制還原渣堿度,提高脫氧深度;控制好吹氬強度,避免裸露鋼水,軟吹時間10~15 min;穩(wěn)定控制中包液位,減少結(jié)晶器卷渣;嚴格落實保護澆注措施,減少鋼水二次氧化。通過以上措施,減少外來夾雜物和內(nèi)生夾雜物的數(shù)量,提高鋼水潔凈度。

        加裝保溫罩

        在成品軋機出口與熱鋸入口之間的輸送窄輥道上,設(shè)計并安裝了保溫罩,用于冬季低溫條件下生產(chǎn)輕軌時進行緩冷,有效地降低了輕軌在相變區(qū)間的冷卻速度,提高了輕軌的上冷床溫度。保溫罩投入使用后,輕軌上冷床溫度提高了約50 ℃,在從軋機到上冷床期間冷卻速度減緩了約0.8 ℃/s。

        冷床收集槽改造

        對冷床收集槽進行了改造,冷床收集槽與鋼材接觸面更寬,下鋼斜面斜度趨緩,而且設(shè)置了帶有配重的緩降鏈,緩降鏈高度隨收集量逐步下降,有效地減少了輕軌下冷床過程中產(chǎn)生的磕碰損傷,降低了后續(xù)的矯直或加工斷裂的風(fēng)險。

        優(yōu)化冷床冷卻工藝

        輕軌上冷床后進行堆冷,達到下冷床數(shù)量后,集中下冷床,降低輕軌的冷卻速度,提高輕軌的下冷床溫度,避免輕軌在下冷床和吊運時發(fā)生藍脆現(xiàn)象。

        實施效果

        對生產(chǎn)工藝進行改進后,采暖期期間先后組織中型線進行了5次輕軌生產(chǎn),累計產(chǎn)量達6558 t,生產(chǎn)輕軌期間最低氣溫–16 ℃,輕軌矯直和加工斷裂率降低至0.02%以下,低于全年平均水平,產(chǎn)品尺寸和性能全部滿足國家標(biāo)準要求,而且根據(jù)用戶反饋信息,在此期間生產(chǎn)的輕軌使用全部正常。對改進后生產(chǎn)的輕軌取樣進行夾雜物檢測,未發(fā)現(xiàn)可評級夾雜物,夾雜物控制得到明顯改善。

        結(jié)束語

        本文對輕軌斷裂原因進行了分析,采取一系列優(yōu)化措施改進了低溫條件下55Q材質(zhì)輕軌生產(chǎn)工藝:(1)合理設(shè)計55Q材質(zhì)輕軌冬季生產(chǎn)的化學(xué)成分,提高了輕軌的韌性,降低了輕軌的脆性轉(zhuǎn)變溫度;(2)優(yōu)化冶煉、澆注工藝,有效地減少了夾雜物的數(shù)量,降低了夾雜物的級別;(3)在成品軋機出口與冷床之間的輸送窄輥道上設(shè)計并安裝了緩冷設(shè)施,同時在冷床上采取堆冷工藝,有效地降低了輕軌在相變區(qū)間的冷卻速率;(4)對冷床收集槽進行改造,優(yōu)化了輕軌吊運工具,有效地減少了輕軌的磕碰損傷,避免了矯直過程中的應(yīng)力集中。生產(chǎn)工藝改進后有效地降低了輕軌斷裂率,解決了制約中型線低溫條件下輕軌生產(chǎn)的難題,提高了中型線的產(chǎn)品創(chuàng)效能力,為其他企業(yè)解決類似難題提供了很好的借鑒作用。

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