胡佐宇，馬小亮，董詩朋

（承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰竞颖笔″懺煊娩摷夹g(shù)創(chuàng)新中心，河北 承德 067201）

AISI 4130鋼是美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM A29/A29M-05“熱加工碳素鋼和合金鋼棒材的一般要求”中合金鋼的一個牌號，4130鋼有較高的強度和韌性，低溫沖擊性能好等特點，用于生產(chǎn)閥體鍛件、軸、螺栓、齒輪等。此鋼種主要用于生產(chǎn)大型鍛件，若出現(xiàn)質(zhì)量問題，就只能報廢，造成浪費。本文主要針對大型鍛件用Φ600 mm連鑄圓坯質(zhì)量原因造成的鍛件超聲波探傷不合格的問題，分析探討煉鋼過程中可能存在的影響因素，并提出改進建議。

1 工藝流程

連鑄圓坯生產(chǎn)流程：轉(zhuǎn)爐—LF精煉—VD真空脫氣—圓坯連鑄。

閥體生產(chǎn)工藝流程：圓坯—下料—加熱—鍛造—成型—空冷—機加工—正火—探傷—成品。

2 產(chǎn)品技術(shù)要求

向加工閥體鍛件企業(yè)供應(yīng)坯料的廠家需滿足以下技術(shù)要求。

2.1 化學(xué)成分

4130鋼化學(xué)成分要求如表1所示。

表1 4130鋼化學(xué)成分要求 %

2.2 低倍組織

連鑄圓坯橫截面酸浸低倍試片上不允許有肉眼可見的白點、分層、夾渣和翻皮缺陷，允許存在的各類低倍組織缺陷的合格級別要求：規(guī)格D≤Φ600 mm，中心疏松≤1.0，縮孔≤0.5，中心裂紋、中間裂紋、皮下裂紋和皮下氣泡為0級。

2.3 鍛后超聲波探傷

連鑄圓坯經(jīng)需方加熱、鍛造（鍛造比≥3），鍛件內(nèi)部超聲波檢測應(yīng)按照ASTM A388（可以使用酸浸法）和ASTM E428中以直徑≤3.2 mm的平底孔為基礎(chǔ)，利用距離幅度曲線進行直線法校正，驗收標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）利用直射法和斜射法檢驗時，不允許有任何超過校正基準(zhǔn)線的不連續(xù)信號。任何解釋為裂紋或熱裂的信號也是不允許的。

2）不允許有每個均超過基準(zhǔn)距離幅度校正曲線50%，且彼此間距離在13 mm以內(nèi)的復(fù)合信號（即兩個或兩個以上的信號）。

2.4 非金屬夾雜物檢驗

非金屬夾雜物按GB/T10561 A法進行檢驗，A、B、C、D、Ds級別分別≤1.5級，A+B+C+D+Ds≤5級。

3 問題現(xiàn)狀和分析

通過對閥體鍛件因原料（連鑄圓坯）質(zhì)量問題出現(xiàn)的缺陷類型進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該缺陷主要帶來的問題為鍛后超聲波探傷不合格。而影響Φ600 mm大斷面連鑄圓坯質(zhì)量的主要缺陷類別有：夾雜物超標(biāo)、夾渣、皮下氣泡和低倍疏松或縮孔超標(biāo)等，這幾類缺陷都是連鑄圓坯生產(chǎn)過程由于控制不當(dāng)而可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

夾渣缺陷：在連鑄過程中，因結(jié)晶器液面的不穩(wěn)定或中間包澆注液面低造成，在生產(chǎn)過程中易被發(fā)現(xiàn)，可以在出坯子時把此部分鑄坯剔除。

皮下氣泡：因原料潮濕或緩冷工序失效等造成，此類缺陷有發(fā)生過，但只要做好物料干燥和將釋放氣體緩冷充分，便能控制住此種缺陷的產(chǎn)生。

低倍疏松或縮孔：在鑄坯凝固過程中，因連鑄過程的過熱度高或鑄坯冷卻水異常造成。因此，必須控制連鑄澆注過熱度，并做好對冷卻系統(tǒng)的維護。

連鑄圓坯夾雜物：其形成與冶煉的每道工序中的不穩(wěn)定因素皆息息相關(guān)，分析時，需要先對夾雜物進行定性，然后定量分析其來源后，才能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生問題的根本原因。此類缺陷在鑄坯低倍檢驗過程中也不易被發(fā)現(xiàn)，常常會在下道工序加工過程中被發(fā)現(xiàn)，進而造成經(jīng)濟損失。

因此，以下重點分析在煉鋼過程中可能造成連鑄坯夾雜物超標(biāo)缺陷的情況。

4 檢驗與分析

4.1 夾雜物缺陷的檢驗

由于出現(xiàn)探傷不合格的位置在中心，現(xiàn)從缺陷鍛件中心取樣進行分析。

4.1.1 B類大型夾雜物

圖1是金相顯微鏡下缺陷的高倍分析圖，由此發(fā)現(xiàn)，夾雜物主要是B類大型夾雜物，夾雜物評級為2級。圖2是電鏡掃描B類夾雜物能譜分析結(jié)果。

圖1 B類超尺寸夾雜

圖2 能譜分析結(jié)果

4.1.2 Ds類夾雜物

圖3是金相顯微鏡下發(fā)現(xiàn)的Ds類夾雜物，夾雜物評級為2級，圖4是電鏡掃描Ds類夾雜物能譜分析結(jié)果。

圖3 Ds類夾雜物

圖4 Ds類夾雜物能譜分析

4.2 夾雜物缺陷的分析

通過金相顯微鏡檢測發(fā)現(xiàn)，B類夾雜物和Ds類夾雜物分別評級為2級。從電鏡掃描能譜結(jié)果看，B類超長夾雜物和Ds類夾雜物均為Al2O3與CaO組成的復(fù)合夾雜物。

出現(xiàn)Al2O3與CaO組成的復(fù)合夾雜物的位置主要是在中心位置，其產(chǎn)生的主要原因為：精煉過程脫氧后的夾雜物上浮不充分，連鑄過程鋼水被二次氧化，且夾雜物在中心偏聚。

5 改善措施及控制方案

5.1 改善措施

1）改善鋼包流場，強化夾雜物的上浮效果，提高鋼水純凈度。

2）將鋁脫氧工藝前移，防止后期夾雜物聚集，來不及上浮。

3）優(yōu)化連鑄保護澆鑄，有效地降低鋼水在連鑄環(huán)節(jié)的酸溶鋁損失，防止鋼水的二次氧化，從而進一步減少鋼中夾雜物含量。

5.2 工藝控制方案

1）轉(zhuǎn)爐全程采用泡沫渣操作、以均勻脫碳，減少吸氮；采用大渣量深脫碳，以加強脫磷?？刂平K點w（C）≥0.10%，終點w（P）≤0.010%；出鋼溫度大于1 620℃，避免高溫回磷；出鋼時隨鋼流加入鋁錠，做好鋼水預(yù)脫氧；出鋼進行留鋼操作，嚴(yán)禁下渣。

2）采取LF精煉+VD真空脫氣的控制方案。精煉爐選用配比w（Al2O3）=33%~38%的精煉渣系，控制渣堿度為8～10；保持爐渣合適流動性，白渣保持時間＞15 min；喂入鋁線，確保精煉爐一次樣w（Al）≥0.025%，禁止二次補鋁；按內(nèi)控要求進行成分微調(diào)。鋼水進行VD真空脫氣處理，注意盡量不進行補鋁操作?？刂坪镁珶捲牧鲃有院驼婵諟囟龋婵仗幚頃r間大于20 min；破空后軟吹氬時間大于20 min，破空后喂入少量鈣線，進行夾雜物變性處理，降低大顆粒夾雜物，提高鋼水純凈度。

3）連鑄選用性能優(yōu)良的專用保護渣，穩(wěn)定中間包液面，采用整體式水口，做好保護澆注，防止鋼水二次氧化；采用低過熱度澆注，中包鋼水過熱度控制在15～25℃，拉速控制在0.21~0.23 m/min；二冷配水采用弱冷工藝，采用結(jié)晶器+末端電磁攪拌技術(shù)，保證鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。

6 結(jié)論

1）4130閥體鍛件用鋼連鑄圓坯因夾雜物上浮不充分和二次氧化形成了Al-Ca系復(fù)合夾雜物，因斷面直徑大，夾雜物在中心偏聚，造成了下道工序鍛造后超聲波探傷不合格。

2）通過改善鋼包流場，改變加鋁工藝，后期禁止補鋁和做好連鑄全程保護澆注，控制住了Al-Ca系復(fù)合夾雜物的在鋼中的聚集。

3）實施改善措施及新制定的工藝控制方案后，未再收到此方面的客戶投訴，也未出現(xiàn)過類似非金屬夾雜物。