董寶龍

(中國第一重型機(jī)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(gè)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(jī)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(diào)制前無損檢測(cè)局部無底波典型質(zhì)量缺陷問題(如圖2)，多數(shù)質(zhì)量缺陷問題存在于輥頸處。分析確定DT輥輥頸質(zhì)量缺陷問題的產(chǎn)生機(jī)理，并采取有效措施予以防范，避免此類質(zhì)量缺陷問題的再次發(fā)生，對(duì)提高DT輥鍛件產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率意義重大。

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

圖2 調(diào)制前無損檢測(cè)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(zhì)量缺陷問題。為確定缺陷性質(zhì)，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(cè)手段，對(duì)此類似典型質(zhì)量缺陷進(jìn)行分析和定性。

1.2 套取試料棒

在質(zhì)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(zhì)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(diào)制前無損檢測(cè)局部無底波鍛件由專業(yè)無損檢測(cè)人員對(duì)缺陷位置進(jìn)行再次確認(rèn)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(diào)制前無損檢測(cè)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(yàn)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(diào)制前無損檢測(cè)局部無底波套料棒在1號(hào)樣斷口處可發(fā)現(xiàn)明顯裂紋，2號(hào)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(yàn)。

(a)大面積夾雜物缺陷套料棒斷口

(b)調(diào)制前無損檢測(cè)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(zhì)均為疏松，檢測(cè)疏松形貌如圖5(a)所示。調(diào)質(zhì)前無損檢測(cè)局部無底波套料棒1號(hào)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(hào)樣斷口表面呈準(zhǔn)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(diào)質(zhì)前無損檢測(cè)局部無底波1號(hào)試樣

(c)調(diào)質(zhì)前無損檢測(cè)局部無底波2號(hào)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(xué)成分

鋼水化學(xué)成分見表1。

表1 鋼水化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of molten steel(mass fraction,%)

1.5.2 備料及電爐操作要點(diǎn)

選用一類煉鋼生鐵，大塊優(yōu)質(zhì)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(yīng)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(diǎn)

鋼水兌入后，按石灰∶螢石≈4∶1要求造渣，并用適量碳粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧；當(dāng)渣色變白，溫度≥1520℃時(shí)進(jìn)行合金化操作；出鋼前進(jìn)行氬氣軟吹20 min，軟吹結(jié)束后立即出鋼，出鋼溫度為1440℃。

1.5.4 鑄錠操作要點(diǎn)

澆注系統(tǒng)必須清潔、干燥，達(dá)到無銹、無油、無塵，下注磚要采用質(zhì)量穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)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(jié)束30 s內(nèi)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(zhì)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)任何異常現(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(zhǔn)解理為主，斷口表面發(fā)現(xiàn)大量聚集的疏松缺陷，嚴(yán)重影響了基體的連續(xù)性，降低了力學(xué)性能。調(diào)制前無損檢測(cè)局部無底波套料棒斷口1號(hào)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(diào)制前無損檢測(cè)局部無底波套料棒斷口2號(hào)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(nèi)部裂紋和大量聚集的疏松缺陷是造成DT輥質(zhì)量缺陷致廢的主要原因。鍛件用鋼錠澆注結(jié)束后冒口區(qū)域由于沒有鋼液補(bǔ)充造成不可避免的縮孔質(zhì)量缺陷，因縮孔不能鍛合而造成內(nèi)部裂紋和疏松，使鋼錠組織致密程度下降，影響鍛件力學(xué)性能。

2 預(yù)防措施及改進(jìn)

(1)精煉工藝方式由LH優(yōu)化為VD，加強(qiáng)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(nèi)部疏松質(zhì)量缺陷問題，在鋼錠澆注結(jié)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(shí)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(shí)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，采取上述改進(jìn)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(cè)無底波典型質(zhì)量問題，有效提高了DT輥產(chǎn)品合格率。