40Mn船用轴系锻件次表面夹杂物控制的冶炼工艺改进

曹岸春，宋永泉

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

冶 金

40Mn船用轴系锻件次表面夹杂物控制的冶炼工艺改进

曹岸春，宋永泉

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

针对40Mn大型船用轴系锻件由大型夹杂物造成的精加工表面缺陷问题，对冶炼过程的脱氧工艺、造渣工艺与浇注工艺进行了改进，将钢中夹杂物含量与尺寸控制在较低水平，难以形成宏观缺陷，消除了这一问题对锻件质量的影响。

40Mn；轴系锻件；表面缺陷；夹杂物；冶炼工艺

1 生产工艺

1) 技术要求

锻件的检验主要包括室温下的机械性能试验，裂纹、表面缺陷检验以及非金属夹杂物的检验。裂纹、表面缺陷检验使用磁粉探伤方法，且进行磁粉探伤检验时锻件应是在完工的条件下，小的表面缺陷可以用打磨或凿削去除。须用磁粉或着色试验进行检查，来证实完全消除了这些缺陷。非金属夹杂物用超声波进行检验。40Mn轴系锻件的化学成分要求见表1。

表1 40Mn轴系锻件的化学成分 %

2) 生产工艺

脱氧方式为硅铝锰复合脱氧，生产工艺为碱性电弧炉初炼+LF精炼+VD除气+真空浇注。

2 锻件质量问题研究

本批次共生产7支121 t 40Mn大型钢锭用于生产螺旋桨轴、中间轴等船用轴系锻件。其中，代号M1的螺旋桨轴产品在精加工完毕后做MT探伤，结果显示表面有延轴向断续分布的发纹及少量开口性裂纹，最终报废；代号M2的螺旋桨轴在加工过程中发现表面缺陷报废；其他产品亦有部分存在不同程度的此类缺陷，后经开槽去除。表2所示为M2的熔炼成分，为分析缺陷产生原因，对M2进行了解剖。

表2 M2螺旋桨轴的熔炼成分 %

对M2垂直表面缺陷取横截面试样2块，试样1缺陷处为凹坑形态，凹坑底部为夹杂物，同时缺陷附近发现大型夹杂(见图1a)，试样2酸浸后局部出现密集的条状浸蚀坑，低倍照片见图1b。能谱分析结果见表3。

图1 M2垂直表面缺陷

表3 M1和M2缺陷能谱分析(质量分数)/%

通过以上分析可知，钢水纯净度较差，缺陷处主要有内生及外来两种类型的大型夹杂物[1]：a由内生氧化铝聚集而成的大型夹杂物，Al2O3脆性夹杂在钢锭的次表面聚集成堆，长度接近毫米级，构成宏观缺陷[2]，形成断续分部的发纹及少量开口性缺陷；b Al、Ca、Mn、Mg等复合氧化物构成外来大型夹杂物，说明精炼渣与钢水的分离性差、易滞留钢中形成缺陷。这些夹杂物造成的缺陷使螺旋桨轴在精加工过程中报废。

为了解决上述问题，在工艺思路上进行了如下改进：a在冶炼过程中控制钢水中Al2O3的含量，并改进渣系组成与结构[3]，促进夹杂物充分上浮使精炼渣与钢水分离；b浇注过程减少含Al2O3耐材对钢水的污染；c改进浇注条件，在真空浇注过程中尽可能降低钢水的二次氧化与精炼渣的带入量，减少夹杂物在大型钢锭凝固过程中的聚集，使小尺寸的的内生夹杂物尽可能的分散分布。为此，我们对精炼过程的脱氧方式进行了调整，对顶渣组成与造渣方式进行了优化，并对VAC浇注技术进行改进，成功解决了这一难题。

3 工艺改进措施

1) 初炼炉后造高碱度特种顶渣，炉渣应保证良好的流动性，渣量满足保护钢水的要求。造电石渣进行深脱氧[4]，当[O]≤30×10-6时，加入合金完成合金化操作。

2) 对顶渣进行改性处理，将硫控制到50×10-6以内。精炼后期，用碳粉保持还原气氛，进一步脱氧脱硫，当温度达到1 650～1 660℃时进行VD处理。

3) VAC浇注过程必须保证良好的氩气保护效果，通过控制中间包开浇温度、中间包芯杆压力使钢流充分散开，并保证冒口良好的保温效果[5]。

4 结 语

工艺改进后共生产8支大型钢锭用于生产螺旋桨轴、中间轴等船用轴系锻件，锻件精加工表面缺陷问题得到大幅改善。

[1] 黄希祜. 钢铁冶金原理(第三版)[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2010.

[2] 大型铸锻件缺陷分析图谱编委会. 大型铸锻件缺陷分析图谱[M]. 北京: 机械工业出版社, 1990.

[3] 徐匡迪. 关于洁净钢的若干基本问题[J]. 金属学报, 2009(3): 1-8.

[4] 徐匡迪, 肖丽俊. 特殊钢精炼中的脱氧及夹杂物控制[J]. 钢铁, 2012(10): 1-13.

[5] 张文奇. 中间包塞棒吹氩在钢锭真空浇注中的应用[J]. 大型铸锻件, 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，工程师，研究方向：金属冶炼，手机：13934138425，E-mail：1280228264@qq.com；通讯作者：宋永泉(1990-)，男，山西大同人，助理工程师，本科，研究方向：金属冶炼，手机：15536055083，E-mail：342590166@qq.com.

TG316

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.026