45#圓鋼質(zhì)量管控實踐

谷新新，萬秀娟，黃利勇，趙少金

（柳州鋼鐵股份有限公司，廣西 柳州 545002）

45#圓鋼廣泛用于汽車、機械等行業(yè)的桿類、軸類、螺栓等零件加工，加工工藝較為復(fù)雜多樣，一般包括車削、熱鍛、熱處理、冷鐓等，對圓鋼的內(nèi)部及表面質(zhì)量要求均較高。某廠在圓鋼生產(chǎn)過程中常見的質(zhì)量問題主要是表面微裂紋，裂紋會在加工件上得到擴展，使加工件開裂而報廢，因此如何預(yù)防微裂紋的產(chǎn)生，控制微裂紋造成的質(zhì)量損失，一直是我們圓鋼質(zhì)量管控中的難點和重點。本文以45#圓鋼表面微裂紋質(zhì)量事故處置為例，總結(jié)圓鋼質(zhì)量管控措施及取得的成果。

1 表面微裂紋基本形貌

1.1 微裂紋基本形貌

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的45#方坯在某棒材生產(chǎn)線軋制為30mm～42mm規(guī)格圓鋼后，在熱頂鍛檢驗中發(fā)現(xiàn)有不同程度的開裂（如圖1），取圓鋼酸洗后有不同程度有表面微裂紋（如圖2），為了避免事故進一步擴大，隨即對已軋制的材做封鎖待處理，對余下鋼坯鑄封鎖待處理，展開原因調(diào)查分析和制定解決措施。

圖1 熱頂鍛開裂

圖2 酸洗后表面微裂紋

1.2 試驗方法

45#圓鋼生產(chǎn)工藝：脫硫鐵水→150t轉(zhuǎn)爐→氬站→LF精煉→165mm斷面方坯連鑄→棒材軋制→成品檢驗。

取帶有微裂紋缺陷的圓鋼試樣，垂直于微裂紋橫向取樣，并切割、預(yù)磨、拋光制成金相樣，用硝酸酒精溶液腐蝕后，再利用光學(xué)顯微鏡分析其內(nèi)部特征和組織形貌特征；同時將軋后有微裂紋缺陷的同熔煉號鋼坯進加熱爐按正常軋制時加熱制度進行加熱，出爐按正常除鱗后，推出軋制通道，檢查鑄坯表面質(zhì)量；不加熱直接取鑄坯樣進行酸洗，檢查鑄坯表面質(zhì)量。

2 檢測結(jié)果與原因分析

2.1 微觀檢測結(jié)果

試樣號為18B202834101的樣品，缺陷宏觀形貌可見呈裂紋形態(tài)，形貌為直線型、斷續(xù)狀，在圓鋼表面不規(guī)則分布；微觀形貌裂紋兩側(cè)可見較明顯的脫碳現(xiàn)象，但F長大現(xiàn)象不顯著，裂紋深約1mm，在裂紋尖端有明顯的氧化質(zhì)點（如圖3），其它區(qū)域未發(fā)現(xiàn)。試樣號為18B302603102的樣品，宏觀形貌呈黑線形態(tài)，裂紋特征不明顯，同樣為直線型、斷續(xù)狀；微觀形貌裂紋深約0.12mm，裂紋兩側(cè)可見較明顯的脫碳現(xiàn)象，尤其是開口區(qū)域，在裂紋尖端有明顯的氧化質(zhì)點現(xiàn)象（如圖4）。

圖3 裂紋兩側(cè)見明顯的脫碳現(xiàn)象但F長大不明顯

圖4 可見裂紋尖端有明顯的氧化質(zhì)點

2.2 鋼坯檢驗結(jié)果

軋后有表面微裂紋的18B302703爐同爐余下鋼坯，經(jīng)加熱除鱗后，可見鋼坯局部存在針孔狀缺陷（如圖5）；不經(jīng)加熱，直接取的鋼坯樣經(jīng)酸后，同樣可見鋼坯局部存在針孔狀缺陷（如圖6）。

圖5 加熱后鑄坯表面針孔形貌

圖6 酸洗后鑄坯表面針孔形貌

2.3 成因分析

圓鋼表面微裂紋缺陷向內(nèi)延伸，裂紋附近存在氧化脫碳，這種程度的氧化和脫碳是在加熱爐內(nèi)的環(huán)境條件下發(fā)生，說明該缺陷來源于鋼坯表面，根據(jù)該卻缺陷在圓鋼表面的宏觀形貌及分布規(guī)律，再結(jié)合鋼坯加熱和酸洗后的表面針孔缺陷來看，圓鋼表面微裂紋是由鋼坯表面（或皮下）的針孔缺陷造成。原始鋼坯表面（或皮下）針孔在高溫加熱過程中內(nèi)壁被嚴重氧化，軋制時無法補焊合，破壞了變形金屬的連續(xù)性且隨著加工形變而延伸，最終在圓鋼表面形成微裂紋缺陷。

文獻指出，鋼液脫氧不良產(chǎn)生的CO氣泡是產(chǎn)生表面或皮下針孔缺陷的主要原因，在1500℃左右時，當鋼中存在[O]時，排在[C]元素之前的強脫氧劑[M]與[O]反應(yīng)達到平衡時的[O]濃度高于[C]與[O]反應(yīng)達到平衡時的[O]濃度時，反生碳氧反應(yīng)，通過局部的碳氧反應(yīng)，針孔形成臨界氣泡，通過氣液界面持續(xù)的碳氧反應(yīng)，臨界氣泡長大形成宏觀氣泡，一部分宏觀氣泡長大后，在浮力的作用下向上運動，同時氣液界面持續(xù)碳氧反應(yīng)，吸附所遇到的夾雜和其它氣泡，最后從鋼水中逸出，或被凝固界面捕獲在連鑄坯中，一部分宏觀氣泡不運動，附著在原樹枝晶間，成為連鑄坯表面或皮下針孔缺陷。

3 解決措施及效果

3.1 優(yōu)化脫氧合金化工藝

仍采用硅系脫氧，加大脫氧深度，控制LF爐出站氧含量。出鋼過程中正常加入脫氧劑，出鋼結(jié)束后正常爐次再加入40Kg～80Kg硅鋁鈣鋇或60Kg～120Kg硅鈣鋇加深脫氧，中包第一爐出鋼結(jié)束后再加入50Kg～100Kg硅鋁鈣鋇或70Kg～140Kg硅鈣鋇加深脫氧；LF爐根據(jù)處理情況，喂絲前3min～5min補加硅鋁鈣鋇或硅鈣鋇加深鋼液脫氧；LF爐出站正常爐次氧含量控制在15ppm以下，中包第一爐出站氧含量控制在10ppm以下。

采用鋁系脫氧工藝，控制LF爐出站氧含量。改變脫氧工藝，由硅系脫氧改變?yōu)殇X系脫氧，鋼液鋁含量控制在0.0060%～0.0120%，進一步加大脫氧深度，LF爐出站正常爐次氧含量控制在15ppm以下，中包第一爐出站氧含量控制在10ppm以下，同時可以有效減輕澆注過程中因吸氣造成的二次氧化。

通過優(yōu)化脫氧合金化工藝，鋼液中氧含量得到有效控制，硅系脫氧工藝平均出站氧在12ppm,鋁系脫氧工藝平均出站氧在5ppm，從鑄坯酸洗樣結(jié)果來看，未再發(fā)現(xiàn)大顆針孔缺陷，軋制后生產(chǎn)現(xiàn)場檢驗圓鋼表面未再出現(xiàn)微裂紋缺陷，圓鋼表面微裂紋問題得到有效控制。

3.2 成品材改配為切削專用材

在GB/T699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》標準中對表面質(zhì)量的要求為：壓力加工用鋼棒的表面不應(yīng)有目視可見的裂紋、結(jié)疤、折疊及夾雜；直徑小于100mm的切削加工用鋼棒的表面允許有從鋼棒公稱尺寸算起不超過鋼棒公稱尺寸負偏差的局部缺陷。在GB/T702-2008《熱軋鋼棒尺寸、外形、重量及允許偏差》標準中，規(guī)定直徑30mm～50mm的圓鋼在未注明時按第2組允許偏差執(zhí)行為±0.50mm。

對不同批次不同規(guī)格的成品材在裂紋位置取橫向金相樣檢測裂紋深度，通過五批十二個樣品的分析，其中有一批裂紋深度達到了1mm，其它批次裂紋深度均在0.12mm～0.27mm之間，符合切削加工用鋼棒標準。依據(jù)該標準，對裂紋深度達1mm的批次做判廢處理，余下材和客戶簽定切削專用材協(xié)議，規(guī)定只能用于切削加工使用。

發(fā)給用戶批量試用，對用戶使用效果進行跟蹤，規(guī)格Φ35mm圓鋼經(jīng)鋸切下料，圓鋼實測尺寸為35.2、35.3mm，第一次車削，以把原料車圓為目的，車削后圓鋼規(guī)格為Φ34.2mm，總車削量1mm，車后表面質(zhì)量良好，未見裂紋，滿足用戶使用要求。該批材如果做判廢處理，將給公司造成480萬元的經(jīng)濟損失，通過改配為切削用材，不僅為公司減少了因判廢造成的損失，同時還創(chuàng)造了近200萬元效益。

3.3 缺陷鋼坯改軋小規(guī)格材

鑄坯表面或皮下的針孔缺陷，會隨著軋制過程中鋼材的延伸而延伸，隨著軋制規(guī)格的不斷變小，壓縮比的不斷增大，針孔缺陷在鋼材表面留下的微裂紋越來越淺，直至消失。根據(jù)這一原理，提出了對存在針孔缺陷的鋼坯改軋小于22mm規(guī)格材的試驗方案。

用有表面針孔缺陷的9個熔煉號的鋼坯共44噸軋制16mm規(guī)格圓鋼，軋制后取酸洗樣檢查圓鋼表面質(zhì)量，除表面有輕微劃痕外，未發(fā)現(xiàn)有深入基本的表面微裂紋，全部達到合格材判定標準。同時余下坯料改軋ф5.5mm～10mm45硬線，表面質(zhì)量良好，無裂紋或結(jié)疤缺陷，尺寸合格；性能全部合格:抗拉強度710MP～815MP，斷后伸長率14%～24%，斷縮率42%～63%，索氏體含量83%～91%，脫碳層0.02mm～0.05mm。

通過大壓縮比改軋小規(guī)格材，有效消除了材表面微裂紋缺陷，全部達到判定標準及客戶使用要求。缺陷鋼坯通過改軋，有效避免了因鋼坯判廢造成的300萬元，同時軋制線材銷售還為公司創(chuàng)造了近380萬元的效益。

4 結(jié)語

（1）因為鋼液脫氧不良產(chǎn)生的鋼坯表面或皮下針孔缺陷軋制后造成的圓鋼表面微裂紋，可以通過加深鋼液脫氧，減少鋼坯表面或皮下針孔來有效控制。

（2）根據(jù)鋼材不同的加工工藝和用途對鋼材進行判定，選擇可以有效避開或最大程度減輕缺陷影響的途徑，對缺陷鋼材進行有效處置，最大程度減少經(jīng)濟損失。

（3）可以通過軋制工藝的改變，來有效減輕鋼坯缺陷對成品材質(zhì)量的影響，對帶缺陷鋼坯合理處置，最大程度減少經(jīng)濟損失。

（4）質(zhì)量管控既要做好問題改進，有效避免同一問題再次發(fā)生，同時也要做好已出現(xiàn)問題材料的合理處置，做到材料最大程度的利用，把經(jīng)濟損失降到最低。