董寶龍
(中國(guó)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(lái),我公司投料生產(chǎn)的個(gè)別DT輥鍛件毛坯冶煉、鍛造過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象,但在機(jī)床加工過(guò)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(wú)損檢測(cè)局部無(wú)底波典型質(zhì)量缺陷問(wèn)題(如圖2),多數(shù)質(zhì)量缺陷問(wèn)題存在于輥頸處。分析確定DT輥輥頸質(zhì)量缺陷問(wèn)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(wèn)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(wú)損檢測(cè)局部無(wú)底波缺陷Figure 2 Local defects without bottom wave found in the non-destructive test before quenched-tempered heat treatment
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(guò)程中出現(xiàn)不同類型的質(zhì)量缺陷問(wèn)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。
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(guò)程中料棒靠輥頸端面有一小部分自然掉落。調(diào)制前無(wú)損檢測(cè)局部無(wú)底波鍛件由專業(yè)無(wú)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(kāi),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(wú)損檢測(cè)局部無(wú)底波套料棒圖3 套料棒Figure 3 Sampling rods
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(kāi)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(wú)異常,調(diào)制前無(wú)損檢測(cè)局部無(wú)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(wú)損檢測(cè)局部無(wú)底波套料棒斷口圖4 套料棒斷口Figure 4 Fractures of sampling rods
缺陷斷口處做電鏡顯微。從局部分析情況來(lái)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(wú)損檢測(cè)局部無(wú)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(wú)損檢測(cè)局部無(wú)底波1號(hào)試樣
(c)調(diào)質(zhì)前無(wú)損檢測(cè)局部無(wú)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
1.5.1 鋼水化學(xué)成分
鋼水化學(xué)成分見(jiàn)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(guò)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(wú)銹、無(wú)油、無(wú)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(guò)篩網(wǎng)加入1.0 kg/t用量的碳化稻殼。
經(jīng)查詢,DT輥鍛件毛坯冶煉過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)任何異?,F(xiàn)象。通過(guò)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(wú)損檢測(cè)局部無(wú)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(wú)損檢測(cè)局部無(wú)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(jiàn),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(méi)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。
(1)精煉工藝方式由LH優(yōu)化為VD,加強(qiáng)精煉過(guò)程去除氣體效果,自采用真空處理工藝方案以來(lái),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(wèn)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(guò)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(wú)損檢測(cè)無(wú)底波典型質(zhì)量問(wèn)題,有效提高了DT輥產(chǎn)品合格率。