40Mn船用軸系鍛件次表面夾雜物控制的冶煉工藝改進(jìn)

曹岸春，宋永泉

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

冶 金

40Mn船用軸系鍛件次表面夾雜物控制的冶煉工藝改進(jìn)

曹岸春，宋永泉

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

針對(duì)40Mn大型船用軸系鍛件由大型夾雜物造成的精加工表面缺陷問題，對(duì)冶煉過程的脫氧工藝、造渣工藝與澆注工藝進(jìn)行了改進(jìn)，將鋼中夾雜物含量與尺寸控制在較低水平，難以形成宏觀缺陷，消除了這一問題對(duì)鍛件質(zhì)量的影響。

40Mn；軸系鍛件；表面缺陷；夾雜物；冶煉工藝

1 生產(chǎn)工藝

1) 技術(shù)要求

鍛件的檢驗(yàn)主要包括室溫下的機(jī)械性能試驗(yàn)，裂紋、表面缺陷檢驗(yàn)以及非金屬夾雜物的檢驗(yàn)。裂紋、表面缺陷檢驗(yàn)使用磁粉探傷方法，且進(jìn)行磁粉探傷檢驗(yàn)時(shí)鍛件應(yīng)是在完工的條件下，小的表面缺陷可以用打磨或鑿削去除。須用磁粉或著色試驗(yàn)進(jìn)行檢查，來證實(shí)完全消除了這些缺陷。非金屬夾雜物用超聲波進(jìn)行檢驗(yàn)。40Mn軸系鍛件的化學(xué)成分要求見表1。

表1 40Mn軸系鍛件的化學(xué)成分 %

2) 生產(chǎn)工藝

脫氧方式為硅鋁錳復(fù)合脫氧，生產(chǎn)工藝為堿性電弧爐初煉+LF精煉+VD除氣+真空澆注。

2 鍛件質(zhì)量問題研究

本批次共生產(chǎn)7支121 t 40Mn大型鋼錠用于生產(chǎn)螺旋槳軸、中間軸等船用軸系鍛件。其中，代號(hào)M1的螺旋槳軸產(chǎn)品在精加工完畢后做MT探傷，結(jié)果顯示表面有延軸向斷續(xù)分布的發(fā)紋及少量開口性裂紋，最終報(bào)廢；代號(hào)M2的螺旋槳軸在加工過程中發(fā)現(xiàn)表面缺陷報(bào)廢；其他產(chǎn)品亦有部分存在不同程度的此類缺陷，后經(jīng)開槽去除。表2所示為M2的熔煉成分，為分析缺陷產(chǎn)生原因，對(duì)M2進(jìn)行了解剖。

表2 M2螺旋槳軸的熔煉成分 %

對(duì)M2垂直表面缺陷取橫截面試樣2塊，試樣1缺陷處為凹坑形態(tài)，凹坑底部為夾雜物，同時(shí)缺陷附近發(fā)現(xiàn)大型夾雜(見圖1a)，試樣2酸浸后局部出現(xiàn)密集的條狀浸蝕坑，低倍照片見圖1b。能譜分析結(jié)果見表3。

圖1 M2垂直表面缺陷

表3 M1和M2缺陷能譜分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

通過以上分析可知，鋼水純凈度較差，缺陷處主要有內(nèi)生及外來兩種類型的大型夾雜物[1]：a由內(nèi)生氧化鋁聚集而成的大型夾雜物，Al2O3脆性夾雜在鋼錠的次表面聚集成堆，長度接近毫米級(jí)，構(gòu)成宏觀缺陷[2]，形成斷續(xù)分部的發(fā)紋及少量開口性缺陷；b Al、Ca、Mn、Mg等復(fù)合氧化物構(gòu)成外來大型夾雜物，說明精煉渣與鋼水的分離性差、易滯留鋼中形成缺陷。這些夾雜物造成的缺陷使螺旋槳軸在精加工過程中報(bào)廢。

為了解決上述問題，在工藝思路上進(jìn)行了如下改進(jìn)：a在冶煉過程中控制鋼水中Al2O3的含量，并改進(jìn)渣系組成與結(jié)構(gòu)[3]，促進(jìn)夾雜物充分上浮使精煉渣與鋼水分離；b澆注過程減少含Al2O3耐材對(duì)鋼水的污染；c改進(jìn)澆注條件，在真空澆注過程中盡可能降低鋼水的二次氧化與精煉渣的帶入量，減少夾雜物在大型鋼錠凝固過程中的聚集，使小尺寸的的內(nèi)生夾雜物盡可能的分散分布。為此，我們對(duì)精煉過程的脫氧方式進(jìn)行了調(diào)整，對(duì)頂渣組成與造渣方式進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)VAC澆注技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，成功解決了這一難題。

3 工藝改進(jìn)措施

1) 初煉爐后造高堿度特種頂渣，爐渣應(yīng)保證良好的流動(dòng)性，渣量滿足保護(hù)鋼水的要求。造電石渣進(jìn)行深脫氧[4]，當(dāng)[O]≤30×10-6時(shí)，加入合金完成合金化操作。

2) 對(duì)頂渣進(jìn)行改性處理，將硫控制到50×10-6以內(nèi)。精煉后期，用碳粉保持還原氣氛，進(jìn)一步脫氧脫硫，當(dāng)溫度達(dá)到1 650～1 660℃時(shí)進(jìn)行VD處理。

3) VAC澆注過程必須保證良好的氬氣保護(hù)效果，通過控制中間包開澆溫度、中間包芯桿壓力使鋼流充分散開，并保證冒口良好的保溫效果[5]。

4 結(jié) 語

工藝改進(jìn)后共生產(chǎn)8支大型鋼錠用于生產(chǎn)螺旋槳軸、中間軸等船用軸系鍛件，鍛件精加工表面缺陷問題得到大幅改善。

[1] 黃希祜. 鋼鐵冶金原理(第三版)[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2010.

[2] 大型鑄鍛件缺陷分析圖譜編委會(huì). 大型鑄鍛件缺陷分析圖譜[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1990.

[3] 徐匡迪. 關(guān)于潔凈鋼的若干基本問題[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2009(3): 1-8.

[4] 徐匡迪, 肖麗俊. 特殊鋼精煉中的脫氧及夾雜物控制[J]. 鋼鐵, 2012(10): 1-13.

[5] 張文奇. 中間包塞棒吹氬在鋼錠真空澆注中的應(yīng)用[J]. 大型鑄鍛件, 2009(5): 36-37.

Improvement of Smelting Process of 40Mn to Control the Inclusions in Large Marineshaft Forgingssurface

CAO Anchun, SONG Yongquan

(TaiyuanHeavyIndustryCorporationLtd.,Taiyuan,Shanxi030024,China)

This paper improves the smelting process of 40Mn in deoxidation process and slag formation and pouring process to reduce the contentand size of inclusions in steel. It makes the inclusions in steel small and dispersive to solve the problems of the large marineshaft forgings scraps in fine machining for surface defect.

40 Mn; Shaft forgings; Surface defect; Inclusions; Smelting process

2017-02-21

曹岸春(1971-)，男，山西大同人，工程師，研究方向：金屬冶煉，手機(jī)：13934138425，E-mail：1280228264@qq.com；通訊作者：宋永泉(1990-)，男，山西大同人，助理工程師，本科，研究方向：金屬冶煉，手機(jī)：15536055083，E-mail：342590166@qq.com.

TG316

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.026