球磨機鋼球用鋼BMQB3表面裂紋成因分析

作者：熊清海

收稿日期：2024-03-04

摘 要：采用電爐、精煉和中方坯連鑄機開發高等級磨球用鋼。化學成分實行窄帶嚴格控制，嚴格控制碳偏析指數，通過對裂紋形態和脫碳層檢驗分析。檢驗結果：橫向斷面切片可見裂紋與鋼材外邊緣成一定夾角，有一定深度，而末端圓滑無尖角，鋼材缺陷開口外鋼材表面和裂紋內部都存在明顯的脫碳現象，判斷為折疊缺陷。

關鍵詞：電爐冶煉；化學成分；脫碳層；折疊

CAUSE ANALYSIS OF SURFACE CRACK OF BALL MILL STEEL BMQB3

Xiong Qinghai

（Dalian Dingxi New Energy Equipment Tech Co.， Ltd.? ? Dalian? ? 116000，China）

Abstract：High grade grinding ball steel is developed by Electric Furnace， refining and billet caster. The chemical composition is strictly controlled by narrow band， and the carbon segregation index is strictly controlled. The results show that the transverse section section shows that the crack is at a certain angle with the outer edge of the steel and has a certain depth， but the end is smooth and without sharp angle， it is judged as a folding defect.

Keyword：electric furnace smelting; chemical composition; decarburization layer; folding

0? ? ?引? ? 言

球磨機鋼球用鋼是特殊鋼中具有代表性的鋼類之一，其服役工作條件惡劣， 耐磨性能、使用壽命要求高。為保證優良的產品性能，一般要求球磨機鋼球用鋼要有高的純凈度和更均勻的組織狀態。球磨機用于粉磨各種礦石及其他物料，被廣泛用于選礦、建材及化工等行業中，耐磨鋼球是球磨機中直接磨制物料的實體，它的質量與壽命決定了球磨機的工作效率及消耗大小，球磨機鋼球用鋼就是用來制造各種球磨機用鋼球或磨棒的專用鋼種。國產球磨機鋼球用鋼是引進鋼種的國產化，其主要合金元素為Cr、Mn，這類鋼主要進行礦山礦石粉碎，工作環境苛刻，對鋼材耐磨性，疲勞壽命要求非常嚴格[1-6]。成品鋼球要求進行落球試驗，鋼球從2 m高的位置落下，要求落球達到12 000次不能出現裂紋，鍛造生產的磨球球心到球表面硬度56.5～62.5 HRC，落球沖擊疲勞壽命不低于12 000次，球耗0.695 kg/t，工作2 000 h無破碎及失圓失效。國產磨球用鋼往往達不到落球試驗要求，某鋼廠根據市場需求，開發磨球用鋼BMQB3，滿足落球試驗要求，解決了國產磨球用鋼疲勞壽命短的問題。作為磨球用鋼行業的重點科研項目，某鋼廠在開發此鋼種中做了大量工作，實現了國產化批量生產的要求。

隨著批量供貨，近期用戶反映有一批鋼球鍛造后出現表面裂紋，從而檢查出一部分鋼材表面出現表面裂紋，經過一系列檢查，找出了裂紋的形成原因[7-11]，杜絕了此類質量問題的再次出現，為某鋼廠開發高等級球磨機鋼球用鋼奠定了基礎。

1? ? 表面裂紋形貌

1.1? ? 基本工藝

某鋼廠BMQB3磨球用鋼生產工藝流程為：EBT電爐冶煉→精煉爐LF→真空脫氣VD→中方坯連鑄235 mm×265 mm連鑄坯→步進式加熱爐加熱→高壓水除鱗→粗軋機軋制→連軋機組→緩冷→精整→探傷→檢驗→入庫。

選用精料廢鋼，采用高爐鐵水為原料，降低了鋼中有害元素及殘余元素含量；為減少氧化渣的帶入，采用偏心爐底出鋼技術；通過對電爐電極升溫工藝、LF+VD精煉工藝的研究，確保了鋼質的純凈度。通過結晶器電磁攪拌等先進技術的使用，提高了連鑄坯及鋼材的低倍質量水平；通過恒定低拉速、低過熱度澆注、多級保護澆注等措施，減輕了偏析，保證了連鑄坯及鋼材的均勻性和致密度，降低了鋼中氣體元素含量。

入爐鋼鐵料配比為鐵水65％左右，其余為精選優質廢鋼。主要設備及參數見表1所示。

表1? ? 特殊鋼廠主要生產設備及主要技術參數

主要設備 單位 數量 主要技術參數

EBT 臺 2 50 t

LF 臺 2 40 t

VD 臺 1 40 t

中方坯連鑄機 臺 1 三機三流

800 mm初軋機 臺 1 二輥可逆式

大棒線連軋機組 套 1 12架

小棒線連軋機組 套 1 13架

PCS冷卻系統 套 1 三段

1.2? ? ?裂紋形態

鍛造后的鋼球產生開裂現象，到目前為止不合格品約占20%，開裂鋼球照片見圖1。

加熱后鋼材表面也發現裂紋狀缺陷，挑選兩根加熱后有表面缺陷料段，見圖2和圖3，依次編號為1號料段和2號料段。

1號料段裂紋狀缺陷沿鋼材表面縱向延伸，有一定深度，其橫向斷面切片（圖4）可清晰看見一條與邊緣成約30°角左右的斜向裂紋，裂紋長度5 mm左右，最深處距表面垂直距離約3 mm，圓滑無尖角。2號料段表面縱向延伸兩條深度約0.7 mm裂紋狀缺陷，二者相距7 mm左右，特征與1號料段相同，只是深度較淺，照片略。

2? ? 裂紋成因分析

2.1? ? 化學成分

化學成分是影響鋼材性能的主要因素，在工藝技術穩定的情況下，化學成分窄帶控制、穩定性、均勻性是保證鋼材性能的前提條件。在實際生產中采用包內合金化與VD成分微調相結合，化學成分控制及成品成分見表2所示。

評價鋼材碳偏析成都碳偏析指數，提出了碳偏析指數評價公式，見公式（1）。從任一根鋼材切取橫向試片，分析鋼材橫截面中心（Cz）、3/4半徑（Cb）、1/2半徑（Cc）、1/4半徑（Cd ）處的碳含量，試樣的彎沖值見表3，從表中可以看出，碳偏析指數波動小。

0.95≤3×Cz /（Cb + Cc + Cd）≤1.03? ? ? （1）

表3? ? BMQB3r鋼的碳偏析指數

試驗編號 碳偏析指數 試驗編號 碳偏析指數

1-1 0.985 2-2 0.99

1-2 0.98 2-3 0.97

1-3 0.97 3-1 0.98

2-1 0.96 3-2 0.97

2.2? ? 脫碳層檢驗

分別將1號和2號料段橫向切片裂紋處進行脫碳層檢驗，依次命名為1號和2號試樣。圖5和圖6分別為1號試樣鋼材缺陷開口外鋼材表面處和裂紋內部脫碳層照片，圖7和圖8分別為2號試樣鋼材缺陷開口外鋼材表面處和裂紋內部脫碳層照片。

圖5? ? 1號試樣邊緣脫碳層（100×）

圖6? ? 1號試樣裂紋內部脫碳層（100×）

圖7? ? 2號試樣裂紋脫碳層（100×）

圖8? ? 2號試樣裂紋脫碳層1（100×）

1號試樣鋼材缺陷開口外鋼材表面處脫碳層深度為0.20 mm，裂紋內部脫碳層深度為0.40 mm，裂紋與邊緣約成30°角，裂紋底部為圓角。2號試樣裂紋較淺，裂紋形貌與1號試樣裂紋類似，裂紋與邊緣約成45°角，同樣存在脫碳情況，裂紋底部為圓角。

1號料段和2號料段裂紋狀缺陷沿鋼材表面縱向延伸，橫向斷面切片可見裂紋與鋼材外邊緣成一定夾角，有一定深度，而末端圓滑無尖角。兩個料段制取的橫向缺陷開口處試樣脫碳層檢驗可見，鋼材缺陷開口外鋼材表面和裂紋內部都存在明顯的脫碳現象[12-16]。此兩點為鋼材折疊的典型特征，因此可判斷這兩個料段鋼材表面缺陷為折疊，只是輕重有別。

3? ? 結? ? 論

1）冶煉過程采用電爐、精煉和連鑄工藝生產，生產工藝復合標準要求。

2）下料段加熱后出現明顯的縱裂紋，裂紋延軋制方向延伸。

3）成品鋼材碳偏析指數復合標準要求，均在標準要求范圍內。

4）化學成分復合內控要求，控制較好。

5）通過成品鋼材脫碳層形態分析，橫向斷面切片可見裂紋與鋼材外邊緣成一定夾角，有一定深度，而末端圓滑無尖角，鋼材缺陷開口外鋼材表面和裂紋內部都存在明顯的脫碳現象，因此判斷為折疊缺陷。

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