轉爐耳軸裂紋分析與修復

薛 鵬

萊蕪鋼鐵集團有限公司 山東萊蕪市

一、轉爐耳軸裂紋

轉爐耳軸出現裂紋，如果更換轉爐耳軸，必須同步拆除轉爐爐殼及爐襯、耳軸軸承座、爐傾一次和二次減速機、托圈，工程量大，工期長，每座轉爐長達2個月之久，備件需現制作加工，加工周期至少半年。目前，國內外鋼鐵企業轉爐耳軸出現裂紋情況比較少見,而且出現此類情況后基本都采用傳統的整體更換辦法，尚未有使用現場修復技術的先例。

二、原因分析

1.化驗取樣

取樣分析，傳動側硬度檢測結果見表1，非傳動側硬度檢測結果見表2。結果顯示，裂紋處硬度比非裂紋處高，高于原設計硬度（241～269HB），最高處達338HB，其他部位基本復合原圖紙設計、制造硬度標準。

2.金相分析

對耳軸裂紋處及完好處的所取樣塊進行金相分析，結果顯示耳軸的晶粒組織十分粗大，完全沒有鍛造件應有的組織形態（圖1）。鋼中含有較大的夾雜物（圖2），沿晶及穿晶混合裂紋（圖3），鋼中夾雜物在耳軸外表面有非基體物質復合于其上，疑為溢濺鋼水（圖4）。

表1 傳動側硬度檢測結果 HB

表2 非傳動側硬度檢測結果

2.各方面原因分析

（1）材料選擇。37SiMn2MoV為綜合性能優良的高級調質鋼，淬透性高，調質后具有高的強度和韌性，使用溫度范圍為-20～520℃。但韌性低，焊后極易淬火的鋼種，表面淬火后硬而脆。用于制造大截面承受重負荷的調質零件和表面淬火零件，如重型機械的軸類、齒輪、轉子等。

圖1 耳軸晶粒組織粗大

（2）制造加工。耳軸為大型鍛件，在制造過程中尤其是錐體部位，壓縮比小，造成晶粒比較粗大，達不到鍛件應有的組織形態，因而錐體部位是鍛件質量較難控制的部位。單對3#轉爐耳軸在制作過程了解，制造廠家降低了探傷級別。

（3）現場工況。轉爐煉鋼時，由于反應劇烈，大量的1600℃以上的鋼渣從爐口噴出，部分濺到耳軸錐體部位，使耳軸錐體表面溫度快速升高，由于耳軸本身有冷卻水，升高的部位又快速冷卻下來。耳軸錐體長期處在這種環境中，耳軸表面就形成了一層硬而脆的淬火層。形成淬火區后，在持續的溫度交變應力作用下，形成表面龜裂紋。同時因為轉爐搖爐時，存在著高速制動的問題，高速制動時轉爐沖擊晃動比較嚴重，使錐體受力更大，加劇了裂紋的擴展速度。

圖2 鋼中含有夾雜物

圖3 沿晶及穿晶混合裂紋

圖4 耳軸外表面有非基體物質復合

三、修復方案

1.可行性措施研究

（1）通過查閱相關材料文獻，耳軸本體材料37SiMn2MoV，除了存在熱敏感性較高、淬透性高，基本能夠滿足使用要求。

（2）通過硬度檢測，可以看出耳軸裂紋處硬度比非裂紋處高，高于原設計硬度（241～269HB），最高處達338HB，其他部位基本復合原圖紙設計、制造硬度標準。

（3）通過對耳軸裂紋處及完好處的所取樣塊，進行金相分析，可以看出除了表面受工況影響耳軸表面產生淬硬層及耳軸本體材料存在少量缺陷，耳軸本體基本夠滿足使用要求。

綜上所述情況，通過分析研究、方案討論、反復論證，確定只要對耳軸表面淬硬層及裂紋修復即可恢復到原設計狀態，達到使用要求。針對耳軸屬于大鍛件、持續承受較大交變應力的特點，在耳軸修復上采用國外先進保養焊接技術，首先剝掉裂紋區域母材，然后用進口特種合金焊條進行現場焊接，焊接過程中多遍焊接工序之間使用風鎬來消除應力，焊接后采用磨削和保溫措施，并最后在表面焊一層保護層。通過以上措施，保證焊接質量，盡可能減少應力產生。

2.實施過程

對3#120t轉爐進行滲透探傷、超聲波探傷、硬度檢測、光譜檢測、金相分析及焊補實驗。經多方實驗后，歷時50余天對實施耳軸修復工作。

3.效益

計算備件費用、施工費用和修復成本，直接經濟效益約6954萬元。3座轉爐合計，減少停爐停產時間近90天。