李秋蘭

（太原重工軌道交通設備有限公司，山西 太原 030032）

我國鐵路建設的投資力度不斷加大，在此背景下，公司研究開發(fā)了500mm車輪圓鋼錠用于車輪的坯料。用此坯料生產的車輪，其成品各項性能檢驗均合格，但在鋼錠澆注冷卻后，鋼錠發(fā)生“縱裂”的比例較多，造成鋼錠廢品率提高，給公司造成了較大的經濟損失。

1 缺陷形貌及解剖分析

1.1 化學成分分析

對6398爐號圓錠裂紋處進行化學成分和微量元素分析，無異常，化學成分符合要求，與裂紋形成沒有關系。如圖1、表1、表2所示。

表1 6398 爐號化學成分（質量分數(shù)，%）

表2 6398 爐號裂紋處微量元素分析（質量分數(shù) ，%）

1.2 6398 爐號“ 縱裂”金相組織及顯微硬度分析

圖1 6398“ 縱裂”缺陷形貌

圖2 6398“ 縱裂”橫截面形貌

6398圓錠“縱裂”部位橫截面金相組織如圖3所示，從圖3可以看出：

1）“縱裂”缺陷的裂口邊緣為大片的鐵素體組織，其鐵素體帶寬度約100μm～400μm（圖3c）、圖3d）.說明珠光體經高溫、長時間氧化脫碳，已全部轉變?yōu)殍F素體。表明鋼錠是在凝固冷卻、收縮過程中產生的熱應力，導致的初始裂紋。

2）試樣在觀察完金相組織后進行顯微硬度測試，試驗設備FM-ARS9000，執(zhí)行標準為GB/T 4340，試驗加載力為1N，試驗結果：鐵素體顯微硬度HV0.1≈100，鋼材基體“珠光體+網狀鐵素體”顯微硬度HV0.1≈210.

圖3 6398 圓錠“ 縱裂”缺陷橫截面的組織形貌×50

1.3 6419 爐號“ 縱裂”金相組織及顯微硬度分析

1）“縱裂”形貌見圖4，裂紋深度約4mm，裂口邊緣為大片的鐵素體組織（圖5），其鐵素體帶寬度約200μm～400μm，鑄態(tài)晶粒較粗大；

圖4 6419“ 縱裂”裂口表面及橫截面

圖5 6419“ 縱裂”缺陷橫截面的金相組織與晶粒形貌，×50

2）試樣在觀察完金相組織后進行顯微硬度測試，試驗設備FM-ARS9000，執(zhí)行標準為GB/T 4340，試驗加載力為1N，試驗結果：鐵素體（全脫碳層）顯微硬度HV0.1≈113～123，半脫碳層HV0.1≈148～174；鑄態(tài)基體為“珠光體+粗大網狀鐵素體”，其硬度HV0.1≈199～236，具體試驗結果見表3.

表3 “ 縱裂”缺陷部位金相組織及其顯微硬度檢測

1.4 對裂紋形貌處進行掃描電鏡觀察

掃描電鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，①裂口周邊鑄態(tài)晶粒非常粗大，典型的大晶粒見圖6b），其晶粒直徑可達5mm；②晶界處網狀鐵素體也非常粗大，典型粗大網狀鐵素體的形貌見圖6c）和e），其厚度可達50μm；

圖6 圓錠“ 縱裂”缺陷橫截面組織的SEM 照片

1.5 解剖及分析試驗小結

“縱裂”試樣的金相、電鏡照片顯示，裂紋周邊均為大量的鐵素體組織，裂紋具有高溫脫碳特征，依此判斷裂紋形成于（鋼錠緩冷出爐前700℃以上）高溫段，即鋼錠出緩冷坑前裂紋就已形成。

由于中碳鋼的碳含量較低，鐵素體析出的較多，較前期大批量生產的CL60鋼更易發(fā)生高溫開裂。

在鑄態(tài)組織中晶粒和網狀鐵素體非常粗大，晶界的高溫塑韌性差，強硬度也偏低（見顯微硬度測試結果），在冷卻過程中熱應力的強度超過材料的強度，導致其容易產生裂紋。

2 原因分析及改進措施

2.1 原因分析

1）圓形鋼錠由于其比表面積較小，且鋼錠直徑較大，鋼錠表面熱應力高、比其他錠型容易產生裂紋。

2）由于該鋼種的成分及工藝特點，鋼錠存在大晶粒的“珠光體+網狀鐵素體”鑄態(tài)組織、同時其晶界網狀鐵素體非常粗大，導致鋼錠的高溫塑韌性及強硬度很差。

3）冬季鋼錠冷速快、鋼錠表面應力增大致裂；如6398爐號凌晨1∶30澆注，導致整爐60%左右鋼錠“縱裂”。這些綜合因素導致了鋼錠熱應力開裂。

2.2 改進措施

1）采取提高鋼包鋼水溫度的穩(wěn)定性、增大并穩(wěn)定渣量、渣層厚度≥200mm、控制模溫60℃～100℃；以及擺正錠模等措施使“縱裂”減少。

3 結束語

[1]成永久，鋼錠裂紋缺陷淺析[J］.包鋼科技，1995（1）：28-31.