姜國建(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

近年來，隨著鍛件無損檢測的要求不斷提高，對微小缺陷的驗收標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)格，由于在冶煉和鑄錠過程中，鋼液中的細小夾雜物(特別是只有幾十微米小夾雜物)上浮十分困難，在轉(zhuǎn)子鍛件次表層形成細小缺陷，在對轉(zhuǎn)子進行加工或開槽時，缺陷往往裸露于鍛件表面或位于葉片根部，導(dǎo)致產(chǎn)品檢驗無法通過，也帶來了極大的產(chǎn)品報廢風(fēng)險。

某公司材質(zhì)為30Cr2Ni4MoV的低壓轉(zhuǎn)子，調(diào)質(zhì)后超聲檢測時，在a段端面A向次表層X(0～70)，Y(570～1280)，深度(890～1028)存在微小密集缺陷而報廢，圖1為轉(zhuǎn)子超聲檢測缺陷示意圖。為探明缺陷性質(zhì)，對鍛件缺陷部位進行了解剖和取試分析。

圖1 轉(zhuǎn)子超聲檢測缺陷示意圖Figure 1 Sketch of ultrasonic detection for rotor defects

1 試驗方法

在送檢試料的密集部位取1#、2#、3#三塊低倍試塊，兩面磨制做低倍酸洗檢驗，然后在缺陷密集區(qū)切取4塊高倍試樣，低倍取樣示意圖見圖2。

2 檢驗結(jié)果

2.1 低倍檢驗結(jié)果

圖2 低倍取樣示意圖Figure 2 Sketch of macrosampling

3件低倍試片經(jīng)50%的鹽酸水溶液浸蝕后觀察，低倍組織致密，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見冶金缺陷。

2.2 滲透檢測和高倍檢驗結(jié)果

將做完低倍的試片重新做滲透檢測，在缺陷密集的部位切取1#-4，3#-1，3#-2，3#-3四件高倍檢驗試樣，見圖3。磨制4件高倍試樣拋光后觀察：4件試樣均發(fā)現(xiàn)有密集分布的細小硅酸鹽和氧化鋁夾雜，非金屬夾雜物形貌見圖4。

圖3 高倍取樣示意圖Figure 3 Sketch of microsampling

(a)3#?1試樣(b)3#?2試樣(c)3#?3試樣(d)1#?4試樣

圖4 非金屬夾雜物形貌
Figure 4 Appearance of nonmetal inclusions

圖5 高倍試樣能譜分析結(jié)果Figure 5 Energy spectrum analysis result of microsample

2.3 電能和能譜分析結(jié)果

用掃描電鏡對高倍試樣的夾雜物進行觀察，并用能譜儀進行成分分析。結(jié)果表明：非金屬夾雜主要成分均為Ca、Mg、Al、Ti、Si、Ba、O等，見圖5。

3 結(jié)果與分析

3.1 低倍觀察無缺陷，高倍觀察發(fā)現(xiàn)有較多密集分布的細小非金屬夾雜物。盡管每個夾雜物尺寸并不大，但因局部富集，造成UT顯示缺陷較大，這應(yīng)是超聲檢測次表層缺陷超標(biāo)的主要原因。

3.2 通過能譜分析，發(fā)現(xiàn)夾雜物的主要成分為Ca、Mg、Al、Ti、Si、Ba、O等，因Ti的Ka與Ba的La特征譜線重疊，根據(jù)煉鋼工藝，應(yīng)該為Ba，即夾渣的主要成分應(yīng)為Ca、Mg、Al、Si、Ba、O，說明鍛件次表層夾雜物與爐渣、脫氧產(chǎn)物、耐火材料有關(guān)。

3.3 通過對鋼包爐冶煉過程多次取樣結(jié)果的分析，真空后的全氧含量高而活度氧低，在攪拌一段時間后全氧含量急劇降低，主要是真空處理時鋼渣混攪，真空時卷入鋼液的爐渣分離上浮需要一定時間。因此，真空后保證適當(dāng)時間的緩吹氬制度是促進夾雜物上浮的重要手段，否則較多夾雜物有可能殘留在鋼液中。

3.4 日本JCFC公司T. Haraduchi、M. Kosngi等人對30Cr2Ni4MoV鋼轉(zhuǎn)子次表面缺陷進行了系統(tǒng)的跟蹤研究，將微量BaO和SrO兩種示蹤劑加入鋼包爐精煉渣層和中間包鋼液表面的浮渣中，在澆注過程中維持只有少量的浮渣進入鋼錠，將該鋼錠鍛成轉(zhuǎn)子，解剖檢驗發(fā)現(xiàn)，在次表層夾雜物缺陷中，絕大部分含有BaO和SrO，證明精煉爐渣和中間包浮渣在澆注過程中卷入鋼錠模是轉(zhuǎn)子次表層缺陷的主要來源[1]，夾雜物的其他組分含量也證實了這一點。

在本項目中，結(jié)合鋼包爐冶煉過程渣樣分析結(jié)果，爐渣中含有CaO、SiO2、MgO、Al2O3等多種氧化物，與轉(zhuǎn)子夾雜物取試分析結(jié)果相一致，其中MgO來自鋼包精煉爐爐襯，Al2O3有一部分來自于中間包內(nèi)襯，其余來自爐渣，在鋼錠澆注后期，爐渣卷入錠中，在其凝固過程中來不及完全上浮而滯留在鋼錠中形成了夾雜物。

4 防止轉(zhuǎn)子次表層缺陷的預(yù)防措施研究

4.1 根據(jù)次表層缺陷的性質(zhì)，研究LF爐VD后緩吹氬的流量、壓力、時間與鋼中夾雜物的關(guān)系，根據(jù)鋼水靜置試驗研究結(jié)果，規(guī)范鋼水VD后的緩吹氬制度，適當(dāng)延長出鋼前緩吹氬時間來強化夾雜物上浮。

4.2 研究表明，爐渣堿度過高會形成較多的小型Al2O3系夾雜，這類夾雜物很難上浮，爐渣堿度太低則會形成大顆粒復(fù)合夾雜物，因此冶煉過程要加強調(diào)渣操作，嚴(yán)格控制爐渣堿度，同時監(jiān)控LF爐白渣保持情況，確保LF爐脫氧良好。

4.3 通過控制鋼水富余量，在澆注過程中留下適量的鋼水在LF中減少中間包浮渣量，從中間包澆注錠模過程中，嚴(yán)防下渣，降低爐渣進入錠模內(nèi)形成夾雜的風(fēng)險。

4.4 保證澆注系統(tǒng)的清潔干凈和提高耐火材料質(zhì)量也是減少鋼錠中夾雜物的重要手段。為了減少外來夾雜物的帶入，一是精煉爐和澆注系統(tǒng)要選用優(yōu)質(zhì)的耐火材料，二是要徹底清理掉中間包中的殘鋼、殘渣。

從后續(xù)的投料及質(zhì)量結(jié)果看，通過實施以上措施，有效地提高了鋼水的純凈度，鋼錠冶金質(zhì)量良好，低壓轉(zhuǎn)子鍛件次表層缺陷問題得到明顯的改善和控制，沒有再發(fā)生報廢事故。

5 結(jié)論

(1)低壓轉(zhuǎn)子鍛件次表層缺陷，主要是由于鋼包爐精煉過程內(nèi)生夾雜沒有充分上浮、澆注過程爐渣大量進入中間包、中間包浮渣進入鋼錠、耐火材料侵蝕等原因造成進入鋼錠的夾雜物量過多，來不及充分上浮而形成。

(2)通過對低壓轉(zhuǎn)子鍛件次表層缺陷的特點進行研究，在提高鋼水純凈度減少內(nèi)生夾雜，保證鋼水富余量、嚴(yán)防澆注過程下渣并杜絕外來夾雜，提高耐火材料質(zhì)量和澆注系統(tǒng)清潔度等方面采取措施，可以有效改善鍛件質(zhì)量，降低次表層缺陷帶來的產(chǎn)品報廢質(zhì)量風(fēng)險。

[1] 日本鑄鍛鋼公司 T.Haraduchi、M.Kosngi，等，滴流脫氣的大型鋼錠中非金屬夾雜物來源，第十三屆國際鍛造師會議論文.