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1、GCr15 轴承钢外表裂纹缺陷分析董学涛;汪海涛;冯崇伟【期刊名称】金属世界【年(卷),期】2023(000)003【总页数】4 页(P57-60)【作 者】董学涛;汪海涛;冯崇伟【作者单位】本钢板材股份质量治理中心,辽宁本溪 117000;本钢板材股份质量治理中心,辽宁本溪 117000;本钢板材股份质量治理中心, 辽宁本溪 117000【正文语种】中 文内容导读生产检查过程觉察 GCr15 钢材外表存在分布不规章的裂纹，经金相、能谱分析， 裂纹处存在明显脱碳，并含有 K、Na 元素。分析应为连铸坯皮下卷渣割裂基体导致钢材外表裂纹，同时钢中硫含量较高，易使裂纹得到扩展。通过优化连铸电磁搅拌强
2、度、过热度、结晶器冷却强度、拉速等工艺参数，实行稳定钢液面掌握等技术措施后，避开了连铸卷渣缺陷产生，有效掌握了钢材外表裂纹缺陷，提高了产品质量。GCr15 具有较高的接触疲乏性能、抗压性能、耐疲乏性能、抗疲乏性能以及良好的淬透性等，近年来的使用量不断增加，使用范围也越来越广。但是 GCr15 轴承钢较为严峻的质量问题是外表质量差，裂纹、折叠多发，废品率较高，已成为困扰冶金企业及终端厂商的难题。近期本钢板材厂生产检查过程中间续觉察 GCr15 轴承钢钢材外表存在分布不规章的裂纹，本文通过化学成分、金相及能谱分析等方法对裂纹进展了系统分析。裂纹形貌特征近期厂内生产的 GCr15 轴承钢经漏磁探伤检
3、验，觉察外表存在较重伤波，伤波于钢材长度方向上断续分布。经现场对伤波标记处进展人工查看，钢材外表确实存在目视可见的细小纵裂纹，纵裂纹的深度一般在 0.31.2 mm；长度一般在 1020 mm，严峻者为 100 mm。同一支钢材多处存在这种缺陷，在长度方向及径向位置处均是随机分布，外表裂纹形态如图 1 所示。此批 GCr15 轴承钢钢材经漏磁探伤检验，约 60%消灭外表裂纹缺陷，已无法正常 发货。而车间内经屡次精整修磨处理，造成了较大的人力物力损失。为了避开一样 缺陷的再次消灭，分别就化学成分、金相及能谱分析等方法对裂纹进展了系统分析。化学成分取 GCr15 试样进展光谱及成分含量分析，各项成
4、分均未见特别，全部满足GB/T182542023 的要求。只是钢水中P、S、O 的含量虽然合格，但均未到达较为抱负的指标，具体成分如表 1 所示。金相检验结果对消灭裂纹的 GCr15 钢材分别取样加以分析，如图 2 中(a)、(b)试样，可以清楚地看到：裂纹几乎垂直于钢材外表，无次生裂纹，裂纹末端较为圆润无明显锋利棱角，裂纹两壁曲折，尾腔及侧壁内亦存在氧化物。裂纹两侧及裂纹根部处均存在明显的脱碳现象，脱碳层深度约 20150m 不等，缺陷深度最大约 1.5 mm，裂纹根部未见明显夹杂物及显微裂纹。由于钢材为热轧态，基体显微组织为珠光体+碳化物，组织上未见明显过热现象， 无特别。渗碳体与铁素体的
5、片层间距难以区分，为索氏体型珠光体。珠光体呈现黑、白、灰不同的颜色，系不同领域的珠光体在明场下的反射光泽。消灭裂纹的GCr15 钢材(a)、(b)试样金相组织照片见图 3。因钢材裂纹处存在明显的脱碳现象，而这种脱碳只能在高温、长时间加热时才会产生。同时缺陷形态也不具备轧后冷却裂纹形貌锋利的特征。因此初步推断，该裂纹缺陷于钢材热加工前即已存在。其中(a)试样裂纹外表及边缘脱碳层大于裂纹末端脱碳层，说明裂纹在热加工前已存在，热加工过程后裂纹得以进一步延长。扫描电镜分析为分析钢材外表裂纹的形成缘由，对裂纹根部及周边位置进展能谱分析。图 4、表2、表 3 分别为 GCr15 钢材(a)、(b)两个试样
6、裂纹的根部形貌及元素含量分析结果。结果说明，裂纹处除钢中正常的基体元素及其氧化物外，两个裂纹试样中均不同程度的含有较多的 K、Na、Cl 元素。而正常的基体经能谱分析未见以上元素存在。Cl 元素可认为是由于试样磨制过程研磨膏成分所致，K、Na 主要来自精炼渣、保护渣，随着钢液液位的不稳定裹挟带入钢中。连铸坯在冷凝过程中，于结晶器坯壳存在保护渣卷入现象，后续在加热和轧制过程中夹杂物经变形、扩展，最终形成细小裂纹或皮下裂纹1。另外，(a)试样裂纹末端亦觉察 S 元素，在裂纹末端延长方向上经能谱分析也觉察多点含有 S 化物夹杂，这与前面分析的该试样外表及边缘脱碳层大于裂纹末端脱碳层，说明裂纹在热加工
7、后是沿着硫化物方向得以进一步延长。这也与前述的化学成分检验时，钢水中 P、S、O 的指标稍高形成肯定的对应关系，钢水的纯洁度及夹杂物的分布也有待于进一步提高。缺陷产生缘由分析裂纹边缘及根部存在明显脱碳现象，裂纹内腔存在保护渣成分 K、Na 元素，并且裂纹末端亦觉察硫化物。据此可以推断，此缺陷为铸坯带来的外表或皮下缺陷。在加热和轧制应力的作用下，裂纹产生扩展，在钢材外表及皮下形成纵向断续裂纹。争论说明，连铸工序的结晶器电磁搅拌强度、拉速、过热度、保护渣渣层厚度、结晶器液面波动等，都会对裂纹产生肯定的影响2。过热度越低连铸坯凝固速率越大，杂质越不简洁上浮，结晶器保护渣卷入几率越大。结晶器电磁搅拌强
8、度越小， 液面波动越稳定，卷渣几率越小。拉速提高，渣膜厚度减薄，纵裂纹指数增加 3。而钢中硫含量的掌握与精炼工艺密不行分，在 LF 精炼过程中，脱硫量很大。这个环节，也是掌握硫的含量与硫化物形态的重点。通过造高碱度渣，保持足够的白渣时间，强化底吹氩气搅拌，能够降低钢种硫化物的含量。技术措施依据上述缘由分析，在精炼、连铸工序分别实行了有针对性的技术措施：1) 严格执行精炼操作规程，白渣保持时间大于 10 min，精炼底吹氩时间大于 10 min。2) 严格承受“黑渣操作”，使保护渣渣层厚度掌握在 510 mm。3) 浸入式水口严格对中，水口插入深度掌握在 120150 mm，水口渣线变换 5 炉
9、变换一次，每次提上升度10 mm。4) 承受结晶器液面自动掌握，变换拉速要缓慢，每次调整拉速间隔10 s，一次调整量0.02 m/s，削减结晶器液面的波动，使其掌握在 5 mm 以下。5) 改进前没有产材的连铸坯进展火焰清理。改进效果经强化现场操作规程后，后续生产的 GCr15 轴承钢，间续抽取 20 炉 690 支钢材进展漏磁探伤检测。探伤伤波的波形较好，合格率到达 98.8%。经人工再次检查仅觉察个别支钢材存在稍微裂纹或划伤，但均可简洁修磨处理。改进措施取得了较好的效果，在提高了劳动生产率的同时，也避开了外部异议的发生。1) GCr15 钢外表裂纹缺陷是于连铸工序因皮下卷渣缺陷造成的。2) 钢水中硫含量高是外表裂纹得以扩展的重要因素。3) 通过优化精炼脱硫工艺及加强连铸电磁搅拌强度、过热度、结晶器冷却强度、拉速等工艺参数，实行稳定钢液面掌握等技术措施后，可以有效避开此类缺陷的产生。【相关文献】1 干勇. 品种钢、优特钢连铸 900 问. 北京：中国科学技术出版社，20232 蔡开科. 连铸坯外表裂纹的掌握. 鞍钢技术，2023 (3)：13 田燕翔. 现代连铸工艺、技术与铸坯质量掌握. 北京：当代中国出版社，2023