作者：熊清海

收稿日期：2024-03-04

摘 要：采用電爐、精煉和中方坯連鑄機(jī)開(kāi)發(fā)高等級(jí)磨球用鋼?；瘜W(xué)成分實(shí)行窄帶嚴(yán)格控制，嚴(yán)格控制碳偏析指數(shù)，通過(guò)對(duì)裂紋形態(tài)和脫碳層檢驗(yàn)分析。檢驗(yàn)結(jié)果：橫向斷面切片可見(jiàn)裂紋與鋼材外邊緣成一定夾角，有一定深度，而末端圓滑無(wú)尖角，鋼材缺陷開(kāi)口外鋼材表面和裂紋內(nèi)部都存在明顯的脫碳現(xiàn)象，判斷為折疊缺陷。

關(guān)鍵詞：電爐冶煉；化學(xué)成分；脫碳層；折疊

CAUSE ANALYSIS OF SURFACE CRACK OF BALL MILL STEEL BMQB3

Xiong Qinghai

（Dalian Dingxi New Energy Equipment Tech Co.， Ltd.? ? Dalian? ? 116000，China）

Abstract：High grade grinding ball steel is developed by Electric Furnace， refining and billet caster. The chemical composition is strictly controlled by narrow band， and the carbon segregation index is strictly controlled. The results show that the transverse section section shows that the crack is at a certain angle with the outer edge of the steel and has a certain depth， but the end is smooth and without sharp angle， it is judged as a folding defect.

Keyword：electric furnace smelting; chemical composition; decarburization layer; folding

0? ? ?引? ? 言

球磨機(jī)鋼球用鋼是特殊鋼中具有代表性的鋼類(lèi)之一，其服役工作條件惡劣， 耐磨性能、使用壽命要求高。為保證優(yōu)良的產(chǎn)品性能，一般要求球磨機(jī)鋼球用鋼要有高的純凈度和更均勻的組織狀態(tài)。球磨機(jī)用于粉磨各種礦石及其他物料，被廣泛用于選礦、建材及化工等行業(yè)中，耐磨鋼球是球磨機(jī)中直接磨制物料的實(shí)體，它的質(zhì)量與壽命決定了球磨機(jī)的工作效率及消耗大小，球磨機(jī)鋼球用鋼就是用來(lái)制造各種球磨機(jī)用鋼球或磨棒的專(zhuān)用鋼種。國(guó)產(chǎn)球磨機(jī)鋼球用鋼是引進(jìn)鋼種的國(guó)產(chǎn)化，其主要合金元素為Cr、Mn，這類(lèi)鋼主要進(jìn)行礦山礦石粉碎，工作環(huán)境苛刻，對(duì)鋼材耐磨性，疲勞壽命要求非常嚴(yán)格[1-6]。成品鋼球要求進(jìn)行落球試驗(yàn)，鋼球從2 m高的位置落下，要求落球達(dá)到12 000次不能出現(xiàn)裂紋，鍛造生產(chǎn)的磨球球心到球表面硬度56.5～62.5 HRC，落球沖擊疲勞壽命不低于12 000次，球耗0.695 kg/t，工作2 000 h無(wú)破碎及失圓失效。國(guó)產(chǎn)磨球用鋼往往達(dá)不到落球試驗(yàn)要求，某鋼廠根據(jù)市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)磨球用鋼BMQB3，滿(mǎn)足落球試驗(yàn)要求，解決了國(guó)產(chǎn)磨球用鋼疲勞壽命短的問(wèn)題。作為磨球用鋼行業(yè)的重點(diǎn)科研項(xiàng)目，某鋼廠在開(kāi)發(fā)此鋼種中做了大量工作，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化批量生產(chǎn)的要求。

隨著批量供貨，近期用戶(hù)反映有一批鋼球鍛造后出現(xiàn)表面裂紋，從而檢查出一部分鋼材表面出現(xiàn)表面裂紋，經(jīng)過(guò)一系列檢查，找出了裂紋的形成原因[7-11]，杜絕了此類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題的再次出現(xiàn)，為某鋼廠開(kāi)發(fā)高等級(jí)球磨機(jī)鋼球用鋼奠定了基礎(chǔ)。

1? ? 表面裂紋形貌

1.1? ? 基本工藝

某鋼廠BMQB3磨球用鋼生產(chǎn)工藝流程為：EBT電爐冶煉→精煉爐LF→真空脫氣VD→中方坯連鑄235 mm×265 mm連鑄坯→步進(jìn)式加熱爐加熱→高壓水除鱗→粗軋機(jī)軋制→連軋機(jī)組→緩冷→精整→探傷→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

選用精料廢鋼，采用高爐鐵水為原料，降低了鋼中有害元素及殘余元素含量；為減少氧化渣的帶入，采用偏心爐底出鋼技術(shù)；通過(guò)對(duì)電爐電極升溫工藝、LF+VD精煉工藝的研究，確保了鋼質(zhì)的純凈度。通過(guò)結(jié)晶器電磁攪拌等先進(jìn)技術(shù)的使用，提高了連鑄坯及鋼材的低倍質(zhì)量水平；通過(guò)恒定低拉速、低過(guò)熱度澆注、多級(jí)保護(hù)澆注等措施，減輕了偏析，保證了連鑄坯及鋼材的均勻性和致密度，降低了鋼中氣體元素含量。

入爐鋼鐵料配比為鐵水65％左右，其余為精選優(yōu)質(zhì)廢鋼。主要設(shè)備及參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1? ? 特殊鋼廠主要生產(chǎn)設(shè)備及主要技術(shù)參數(shù)

主要設(shè)備 單位 數(shù)量 主要技術(shù)參數(shù)

EBT 臺(tái) 2 50 t

LF 臺(tái) 2 40 t

VD 臺(tái) 1 40 t

中方坯連鑄機(jī) 臺(tái) 1 三機(jī)三流

800 mm初軋機(jī) 臺(tái) 1 二輥可逆式

大棒線連軋機(jī)組 套 1 12架

小棒線連軋機(jī)組 套 1 13架

PCS冷卻系統(tǒng) 套 1 三段

1.2? ? ?裂紋形態(tài)

鍛造后的鋼球產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象，到目前為止不合格品約占20%，開(kāi)裂鋼球照片見(jiàn)圖1。

加熱后鋼材表面也發(fā)現(xiàn)裂紋狀缺陷，挑選兩根加熱后有表面缺陷料段，見(jiàn)圖2和圖3，依次編號(hào)為1號(hào)料段和2號(hào)料段。

1號(hào)料段裂紋狀缺陷沿鋼材表面縱向延伸，有一定深度，其橫向斷面切片（圖4）可清晰看見(jiàn)一條與邊緣成約30°角左右的斜向裂紋，裂紋長(zhǎng)度5 mm左右，最深處距表面垂直距離約3 mm，圓滑無(wú)尖角。2號(hào)料段表面縱向延伸兩條深度約0.7 mm裂紋狀缺陷，二者相距7 mm左右，特征與1號(hào)料段相同，只是深度較淺，照片略。

2? ? 裂紋成因分析

2.1? ? 化學(xué)成分

化學(xué)成分是影響鋼材性能的主要因素，在工藝技術(shù)穩(wěn)定的情況下，化學(xué)成分窄帶控制、穩(wěn)定性、均勻性是保證鋼材性能的前提條件。在實(shí)際生產(chǎn)中采用包內(nèi)合金化與VD成分微調(diào)相結(jié)合，化學(xué)成分控制及成品成分見(jiàn)表2所示。

評(píng)價(jià)鋼材碳偏析成都碳偏析指數(shù)，提出了碳偏析指數(shù)評(píng)價(jià)公式，見(jiàn)公式（1）。從任一根鋼材切取橫向試片，分析鋼材橫截面中心（Cz）、3/4半徑（Cb）、1/2半徑（Cc）、1/4半徑（Cd ）處的碳含量，試樣的彎沖值見(jiàn)表3，從表中可以看出，碳偏析指數(shù)波動(dòng)小。

0.95≤3×Cz /（Cb + Cc + Cd）≤1.03? ? ? （1）

表3? ? BMQB3r鋼的碳偏析指數(shù)

試驗(yàn)編號(hào) 碳偏析指數(shù) 試驗(yàn)編號(hào) 碳偏析指數(shù)

1-1 0.985 2-2 0.99

1-2 0.98 2-3 0.97

1-3 0.97 3-1 0.98

2-1 0.96 3-2 0.97

2.2? ? 脫碳層檢驗(yàn)

分別將1號(hào)和2號(hào)料段橫向切片裂紋處進(jìn)行脫碳層檢驗(yàn)，依次命名為1號(hào)和2號(hào)試樣。圖5和圖6分別為1號(hào)試樣鋼材缺陷開(kāi)口外鋼材表面處和裂紋內(nèi)部脫碳層照片，圖7和圖8分別為2號(hào)試樣鋼材缺陷開(kāi)口外鋼材表面處和裂紋內(nèi)部脫碳層照片。

圖5? ? 1號(hào)試樣邊緣脫碳層（100×）

圖6? ? 1號(hào)試樣裂紋內(nèi)部脫碳層（100×）

圖7? ? 2號(hào)試樣裂紋脫碳層（100×）

圖8? ? 2號(hào)試樣裂紋脫碳層1（100×）

1號(hào)試樣鋼材缺陷開(kāi)口外鋼材表面處脫碳層深度為0.20 mm，裂紋內(nèi)部脫碳層深度為0.40 mm，裂紋與邊緣約成30°角，裂紋底部為圓角。2號(hào)試樣裂紋較淺，裂紋形貌與1號(hào)試樣裂紋類(lèi)似，裂紋與邊緣約成45°角，同樣存在脫碳情況，裂紋底部為圓角。

1號(hào)料段和2號(hào)料段裂紋狀缺陷沿鋼材表面縱向延伸，橫向斷面切片可見(jiàn)裂紋與鋼材外邊緣成一定夾角，有一定深度，而末端圓滑無(wú)尖角。兩個(gè)料段制取的橫向缺陷開(kāi)口處試樣脫碳層檢驗(yàn)可見(jiàn)，鋼材缺陷開(kāi)口外鋼材表面和裂紋內(nèi)部都存在明顯的脫碳現(xiàn)象[12-16]。此兩點(diǎn)為鋼材折疊的典型特征，因此可判斷這兩個(gè)料段鋼材表面缺陷為折疊，只是輕重有別。

3? ? 結(jié)? ? 論

1）冶煉過(guò)程采用電爐、精煉和連鑄工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）下料段加熱后出現(xiàn)明顯的縱裂紋，裂紋延軋制方向延伸。

3）成品鋼材碳偏析指數(shù)復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)要求，均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

4）化學(xué)成分復(fù)合內(nèi)控要求，控制較好。

5）通過(guò)成品鋼材脫碳層形態(tài)分析，橫向斷面切片可見(jiàn)裂紋與鋼材外邊緣成一定夾角，有一定深度，而末端圓滑無(wú)尖角，鋼材缺陷開(kāi)口外鋼材表面和裂紋內(nèi)部都存在明顯的脫碳現(xiàn)象，因此判斷為折疊缺陷。

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