矩形坯GCr15高碳鉻軸承鋼角部橫裂紋分析及控制

張愛忠

(本溪鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000)

矩形坯連鑄生產(chǎn)的GCr15高碳鉻軸承鋼，在鑄坯角部時(shí)常出現(xiàn)角部橫裂紋缺陷，因GCr15鋼種含碳量高原因，對(duì)于出現(xiàn)角部裂紋的鑄坯，無法進(jìn)行二次清理修復(fù)，整塊鑄坯將按判廢坯進(jìn)行處理。同時(shí)，由于極少部分的角裂寬度不足0.05 mm，人工肉眼檢查比較困難，一旦漏檢后軋制，將會(huì)在棒材上出現(xiàn)表面缺陷，給企業(yè)帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。本文通過對(duì)角部裂紋位置和形態(tài)分析，找出原因并改善工藝，基本解決角部橫裂紋缺陷的產(chǎn)生，提高了GCr15鋼鑄坯表面和軋后質(zhì)量。

1 工藝現(xiàn)狀及缺陷分析

1.2 GCr15成份控制

GCr15成分見表1。

表1 GCr15鋼成分要求

1.3 連鑄機(jī)簡(jiǎn)介

矩形坯連鑄機(jī)由達(dá)涅利設(shè)計(jì),年產(chǎn)量80萬噸，四機(jī)四流，全弧形鑄機(jī)，澆鑄斷面350×470 mm，矯直半徑14 m，冶金長度33 m，最大拉速0.8 m/min，帶有結(jié)晶器和末端電磁攪拌、輕壓下技術(shù)，整體式浸入水口，中包滑板自動(dòng)控制，結(jié)晶器液位塞棒自動(dòng)控制，鋼水全程無氧化保護(hù)澆鑄。

表2 本鋼煉鋼廠矩形坯連鑄機(jī)的主要參數(shù)

1.4 裂紋缺陷位置和形態(tài)

我廠GCr15軸承鋼角部橫裂紋出現(xiàn)的位置可分為四類，分別為多發(fā)性角橫裂(A類)、鑄坯頭尾部角橫裂(B類)、表面接痕位置角橫裂(C類)以及凹坑位置角橫裂(D類)，見圖1，為論述方便，以下分別簡(jiǎn)稱為A類、B類、C類和D類角橫裂。

(a)A類：多發(fā)性角橫裂 (b)B類：鑄坯頭尾部角橫裂

(c)C類：表面接痕位置角橫裂 (d)D類：凹坑位置角橫裂

1.4.1 A類角橫裂

此種角裂缺陷量較大，約占角裂總數(shù)的36%～40%，角裂從角部向兩側(cè)延展，延展長度約5～10 mm，裂口寬度約0.5～2 mm，這種角裂均發(fā)生在鑄坯同一側(cè)的角部，以3.6 m鑄坯為例，在鑄坯單側(cè)角部上會(huì)出現(xiàn)約有15～20處的裂紋，見圖1(a)。

1.4.2 B類角橫裂

此種角裂缺陷約占缺陷總數(shù)27%～29%，均發(fā)生在鑄坯的內(nèi)弧(上表面)頭尾部，距頭尾部約100～200 mm處，角裂裂口寬度均小于1 mm，3.6 m定尺鑄坯上僅有1處角裂出現(xiàn)，見圖1(b)。

1.4.3 C類角橫裂

此種角裂缺陷約占缺陷總數(shù)14～19%，均發(fā)生在澆次頭爐，且頭坯較多，裂紋位置在表面出現(xiàn)的接痕位置，裂口寬度0.5～2 mm，3.6 m定尺鑄坯上約有3～5處，見圖1(c)。

1.4.4 D類角橫裂

此種角裂缺陷約占缺陷總數(shù)17%～20%，發(fā)生在角部凹坑處，在凹坑位置產(chǎn)生裂紋，裂口寬度小于1 mm，3.6 m定尺鑄坯上約有2～3處，見圖1(d)。

2 角部橫裂紋缺陷原因分析

文獻(xiàn)指出，結(jié)晶器錐度超差大、表面劃傷，以及結(jié)晶器出口與零段對(duì)弧不準(zhǔn)，出結(jié)晶器口的鑄坯坯殼較薄，作用于坯殼上的應(yīng)力超過鋼的高溫允許強(qiáng)度，在凝固前沿產(chǎn)生裂紋，鑄坯矯直后向角部擴(kuò)展，隨著鑄坯的冷卻，角部產(chǎn)生線性熱應(yīng)力，從而放大鑄坯形態(tài)，出現(xiàn)角部橫裂紋〔1〕。

通過對(duì)角裂出現(xiàn)的爐次、流次、人員操作等工藝設(shè)備參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤及大數(shù)據(jù)分析，歸納出如下幾方面原因。

2.1 A類和B類角橫裂形成原因

GCr15鋼是過共析珠光體類鋼，在860℃條件下，冷卻速度為30 ℃/s，轉(zhuǎn)變后的顯微組織主要為馬氏體組織；在 1 050 ℃條件下，冷卻速度為7 ℃/s，為全馬氏體組織〔2〕。扇形段內(nèi)鑄坯溫度約在990～1 300℃范圍，一旦發(fā)生漏水現(xiàn)象，鑄坯角部局部將被強(qiáng)冷，形成馬氏體，馬氏體塑性很差，幾乎為零，鑄坯局部過冷后，收縮應(yīng)力瞬間增大，在角部產(chǎn)生線性收縮，易產(chǎn)生角裂，若鑄坯在未矯直前出現(xiàn)局部強(qiáng)冷，鑄坯后期進(jìn)行矯直時(shí)，將進(jìn)一步將裂紋進(jìn)行擴(kuò)大，從而出現(xiàn)局部連續(xù)的角裂。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際跟蹤結(jié)果，發(fā)現(xiàn)A類角橫裂缺陷為扇形段漏水產(chǎn)生，B類角橫裂缺陷為切割機(jī)漏水導(dǎo)致。

2.2 C類角橫裂形成原因

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際跟蹤和過程曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)澆次開澆存在引錠鏈間斷性下滑現(xiàn)象，引錠鏈發(fā)生下滑后，形成了鑄坯表面輕微的表面接痕，由于鑄坯表面存在接痕，鑄坯在固態(tài)收縮過程中，應(yīng)力集中，導(dǎo)致在接痕處發(fā)生角裂，從而形成了C類角橫裂缺陷。

2.3 D類角橫裂形成原因

澆次開澆后拉速較低，結(jié)晶器內(nèi)單位體積內(nèi)鋼水熱量流失大，鋼水表面溫度低，導(dǎo)致保護(hù)渣熔化不充分，在角部形成薄渣圈，未及時(shí)挑出的渣圈擠壓彎月面位置初生較薄的坯殼，容易在角部形成凹坑，鑄坯在固態(tài)收縮過程中，角部發(fā)生線性收縮，應(yīng)力集中在凹坑位置而使鑄坯開裂，產(chǎn)生D類角橫裂缺陷〔3〕。

3 GCr15角部橫裂紋缺陷控制措施

3.1 控制漏水點(diǎn)

在有GCr15生產(chǎn)計(jì)劃前，設(shè)備和工藝人員對(duì)線上所有設(shè)備進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查漏水點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)有異常漏水，及時(shí)進(jìn)行處理，未處理的，不組織生產(chǎn)。同時(shí)，在澆鑄過程中工藝人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤，定點(diǎn)定時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，澆鋼過程中一經(jīng)發(fā)現(xiàn)有漏水出現(xiàn)，及時(shí)進(jìn)行單流終澆操作。

為解決切割機(jī)老化，漏水嚴(yán)重問題，對(duì)四個(gè)流的切割機(jī)均進(jìn)行更換，通過堵漏水，換設(shè)備，大大避免了角裂的發(fā)生，2019年較2018年A類角橫裂缺陷率降低91.30%， B類角橫裂缺陷率降低100%，見表3。

表3 缺陷減少比率

3.2 控制開澆鑄坯下滑

在C類缺陷發(fā)生前，澆次開澆鑄坯下滑現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，為解決這個(gè)問題，將以往的引錠鏈進(jìn)行加長，這樣在原夾持輥夾持的基礎(chǔ)上又重新增加了3個(gè)拉矯輥夾持，通過改進(jìn)后，鑄坯開澆下滑現(xiàn)象有很大改善，2019年C類角橫裂缺陷率較2018年降低68.57%。

3.3 改善保護(hù)渣熔化效果

3.3.1 選擇合理保護(hù)渣

為了使保護(hù)渣能在開澆后快速實(shí)現(xiàn)其理化指標(biāo)，同廠家初步溝通后，在保證原有保護(hù)渣堿度和黏度的情況下，將保護(hù)渣的熔點(diǎn)適當(dāng)降低。

3.3.2 提前開啟結(jié)晶器電磁攪拌

將原澆次開澆后鑄流長度達(dá)2 m時(shí)啟動(dòng)電磁攪拌，修改成鑄流長度1m啟動(dòng)結(jié)晶器電磁攪拌。同時(shí)，針對(duì)GCr15鋼種，由原切頭長度0.8 m增加到現(xiàn)在的1 m，兩項(xiàng)并行，消除了凹坑在鑄坯上出現(xiàn)的幾率。

通過以上措施改進(jìn)后，GCr15角裂紋得到了有效控制。角裂比率較改進(jìn)前降低86.24%，角橫裂得到控制。

4 結(jié)論

(1)澆鑄過程中的局部過冷是導(dǎo)致我廠GCr15鋼角裂的主要原因，因此，在生產(chǎn)GCr15鋼種前要對(duì)鑄機(jī)的本體設(shè)備進(jìn)行檢查，嚴(yán)格控制設(shè)備的異常漏水點(diǎn)。

(2)穩(wěn)定澆鋼操作，保持結(jié)晶器液位的穩(wěn)定性，避免液位的瞬間大幅度波動(dòng)，液位精度±3 mm。

(3)選擇適合GCr15鋼生產(chǎn)的保護(hù)渣，確保保護(hù)渣在澆次開澆后迅速達(dá)到其理化指標(biāo)。