董寶龍

(中國第一重型機械股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部，黑龍江161042)

近年來，我公司投料生產(chǎn)的個別DT輥鍛件毛坯冶煉、鍛造過程中未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，但在機床加工過程中出現(xiàn)輥頸外露大面積夾雜物缺陷(如圖1)和調制前無損檢測局部無底波典型質量缺陷問題(如圖2)，多數(shù)質量缺陷問題存在于輥頸處。分析確定DT輥輥頸質量缺陷問題的產(chǎn)生機理，并采取有效措施予以防范，避免此類質量缺陷問題的再次發(fā)生，對提高DT輥鍛件產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率意義重大。

圖1 大面積夾雜物質量缺陷Figure 1 Quality defects of large area inclusion

圖2 調制前無損檢測局部無底波缺陷Figure 2 Local defects without bottom wave found in the non-destructive test before quenched-tempered heat treatment

1 試樣缺陷原因分析

1.1 情況說明

此鍛件毛坯用鋼錠重21 t，鍛造工藝為一錠出一件成品，鍛件鋼錠水口端在粗加工過程中出現(xiàn)不同類型的質量缺陷問題。為確定缺陷性質，分析缺陷產(chǎn)生的根本原因，借助斷口掃描電鏡、能譜分析等理化檢測手段，對此類似典型質量缺陷進行分析和定性。

1.2 套取試料棒

在質量缺陷所在部位分別用鉆床套取2根?30 mm×120 mm試料棒(如圖3所示)，大面積夾雜物質量缺陷套料過程中料棒靠輥頸端面有一小部分自然掉落。調制前無損檢測局部無底波鍛件由專業(yè)無損檢測人員對缺陷位置進行再次確認后，將缺陷所在位置沿徑向鋸開，目視觀察，端面芯部發(fā)現(xiàn)裂紋狀缺陷，其中1支料棒沿裂紋所在位置裂為兩半。

(a)大面積夾雜物缺陷套料棒

(b)調制前無損檢測局部無底波套料棒圖3 套料棒Figure 3 Sampling rods

1.3 斷口分析

試料棒套取完成后，在試棒中間位置處加工U型槽，然后委托理化試驗室打開斷口，斷口照片如圖4所示。肉眼觀察，大面積夾雜物缺陷套料棒斷口無異常，調制前無損檢測局部無底波套料棒在1號樣斷口處可發(fā)現(xiàn)明顯裂紋，2號樣圖中圓圈位置有疑似夾雜物存在。接著在試樣斷裂處做夾雜物電鏡分析和能譜檢驗。

(a)大面積夾雜物缺陷套料棒斷口

(b)調制前無損檢測局部無底波套料棒斷口圖4 套料棒斷口Figure 4 Fractures of sampling rods

1.4 電鏡顯微分析

缺陷斷口處做電鏡顯微。從局部分析情況來看，大面積夾雜物缺陷套料棒斷口缺陷性質均為疏松，檢測疏松形貌如圖5(a)所示。調質前無損檢測局部無底波套料棒1號樣在斷口表面存在大量的疏松缺陷，斷口表面為自由面，呈解理斷裂特征；2號樣斷口表面呈準解理形態(tài)，未發(fā)現(xiàn)夾雜性缺陷，存在大量的疏松缺陷，如圖5(b)、(c)。

(a)大面積夾雜物缺陷套料棒

(b)調質前無損檢測局部無底波1號試樣

(c)調質前無損檢測局部無底波2號試樣圖5 套料棒斷口電鏡顯微分析Figure 5 Electron microscopic analysis of fracture of sampling rod

1.5 DT輥冶煉工藝

1.5.1 鋼水化學成分

鋼水化學成分見表1。

表1 鋼水化學成分(質量分數(shù)，%)Table 1 Chemical composition of molten steel(mass fraction,%)

1.5.2 備料及電爐操作要點

選用一類煉鋼生鐵，大塊優(yōu)質廢鋼；礦石、螢石、鐵合金要求烘烤良好；爐體良好，出鋼槽良好；精煉包要求不允許采用新包底和新包襯；精煉爐所用石灰必須為活性灰，石灰使用前出爐如超過48 h應重新烘烤；螢石要求CaF2(重量比)大于90%；電爐出鋼溫度要求大于1600℃。

1.5.3 精煉爐操作要點

鋼水兌入后，按石灰∶螢石≈4∶1要求造渣，并用適量碳粉進行擴散脫氧；當渣色變白，溫度≥1520℃時進行合金化操作；出鋼前進行氬氣軟吹20 min，軟吹結束后立即出鋼，出鋼溫度為1440℃。

1.5.4 鑄錠操作要點

澆注系統(tǒng)必須清潔、干燥，達到無銹、無油、無塵，下注磚要采用質量穩(wěn)定、優(yōu)質的高鋁硅線石磚；澆注溫度1410～1430℃；發(fā)熱劑用量2.0 kg/t，澆注結束30 s內加完；待發(fā)熱劑燃燒火焰平息后通過篩網(wǎng)加入1.0 kg/t用量的碳化稻殼。

1.6 質量缺陷原因討論和分析

經(jīng)查詢，DT輥鍛件毛坯冶煉過程中未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。通過電鏡顯微分析和討論，大面積夾雜物缺陷套料棒斷口斷裂形貌以脆性準解理為主，斷口表面發(fā)現(xiàn)大量聚集的疏松缺陷，嚴重影響了基體的連續(xù)性，降低了力學性能。調制前無損檢測局部無底波套料棒斷口1號樣表面存在大量的疏松缺陷，呈現(xiàn)自由表面的特征，斷口基體呈解理狀；調制前無損檢測局部無底波套料棒斷口2號樣表面有較多缺陷，經(jīng)放大后其微觀形貌呈顆粒狀堆集在一起，表面存在大量的疏松缺陷。

由此可見，內部裂紋和大量聚集的疏松缺陷是造成DT輥質量缺陷致廢的主要原因。鍛件用鋼錠澆注結束后冒口區(qū)域由于沒有鋼液補充造成不可避免的縮孔質量缺陷，因縮孔不能鍛合而造成內部裂紋和疏松，使鋼錠組織致密程度下降，影響鍛件力學性能。

2 預防措施及改進

(1)精煉工藝方式由LH優(yōu)化為VD，加強精煉過程去除氣體效果，自采用真空處理工藝方案以來，危害氣體已基本能夠消除。

(2)為消除鍛件用鋼錠內部疏松質量缺陷問題，在鋼錠澆注結束后，增加發(fā)熱劑和保溫劑用量至與帽口平齊，加入后確保攤平，同時加入保溫劑后使用干凈的鐵板蓋住保溫帽上口，提高帽口保溫效果，有助于鋼錠冒口端收縮良好，防范鋼錠冒口區(qū)出現(xiàn)縮孔和疏松。

(3)鍛造時將冒口和縮孔一并切除，增加鍛造鍛比和變形程度，確保鋼錠鍛透，消除疏松。

通過實踐經(jīng)驗證明，采取上述改進措施后，大大降低了DT輥輥頸位置出現(xiàn)大面積夾雜缺陷和無損檢測無底波典型質量問題，有效提高了DT輥產(chǎn)品合格率。