肖訓(xùn)軍
（南京鋼鐵有限公司）

前言

某用戶使用南鋼18mm規(guī)格某批次軸承鋼盤條GCr15-Y，中間經(jīng)輥底式連續(xù)爐退火，連續(xù)退火爐為氮?dú)獗Ｗo(hù)真空鎖氣輥底式球化退火爐。

球化退火工藝流程為：來(lái)料檢驗(yàn)→裝框上進(jìn)料臺(tái)→進(jìn)前真空室（抽空氣充氮?dú)猓?rarr;由真空室進(jìn)入預(yù)熱區(qū)、升溫區(qū)、保溫區(qū)、快冷區(qū)、等溫區(qū)、緩冷區(qū)、自由冷區(qū)（熱裝爐升溫到795℃，保溫7h，快速冷卻到720℃，保溫5h，以20℃／h冷卻速度降至650℃出爐）→進(jìn)入冷水倉(cāng)→進(jìn)后真空室→出料臺(tái)。

退火料經(jīng)過(guò)原料檢驗(yàn)→酸洗→磷皂化→輕拉一道30絲→下料冷鐓成毛坯套圈，肉眼可見套圈端面存在開裂現(xiàn)象，開裂比例在10%~15%之間，開裂位置不連續(xù)，裂縫位置沿盤條徑向垂直于軋制延伸方向，如圖1所示。

圖一

用戶反饋球化退火、拉絲、冷鐓工藝正常，只有本批次軸承鋼盤條冷鐓套圈開裂比例超出10%，與原始盤條關(guān)系較大。

盤條生產(chǎn)工藝為：坯料拋丸、點(diǎn)磨處理→步進(jìn)式加熱爐加熱（預(yù)熱段700~750℃、加熱一段930~960℃、加熱二段1130~1160℃、均熱段1200~1240℃，加熱二段和均熱段高溫段時(shí)間60~100min。）→高壓水除鱗→粗軋→中軋→預(yù)精軋→一區(qū)水冷→精軋→二區(qū)水冷→減定徑→三區(qū)水冷→吐絲→斯泰爾摩風(fēng)冷→集卷→精整→打捆→稱重→入庫(kù)。
1　開裂套圈樣品分析
從開裂套圈樣品中隨機(jī)取4個(gè)樣，其中2個(gè)套圈用作高、低倍檢驗(yàn)和硬度分析，另外2個(gè)套圈用作碳化物不均勻性及斷口檢驗(yàn)、晶粒度分析。
1.1宏觀檢查
從套圈開裂樣品中隨機(jī)挑選1個(gè)，在體視顯微鏡下觀察，套圈開裂宏觀形貌如圖2所示。

圖二

1.2低倍檢驗(yàn)
將其中一個(gè)套圈在熱鹽酸（濃度31%，溫度70~80℃）中浸蝕8~10min后取出，宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)套圈的正反兩端面均存在多條裂紋正面如圖3a所示，反面如圖3b所示。

圖三

將另一個(gè)套圈試樣的一端面磨去2~3mm，并沿縱截面切除一部分，在熱鹽酸（濃度31%，溫度70~80℃）中浸蝕8~10分鐘后取出，按國(guó)標(biāo)/GBT18254評(píng)定中心疏松和一般疏松均為1.0級(jí)，未見縮孔缺陷存在，形貌如圖4所示。因此套圈端面開裂與原材料低倍組織無(wú)關(guān)。

圖四

1.3高倍檢驗(yàn)
1.3.1套圈裂紋退火態(tài)檢驗(yàn)
在圖2右側(cè)端面兩條裂紋處取樣經(jīng)打磨制備后，顯微鏡下觀察縱截面，開裂的裂紋內(nèi)及周圍均未見夾雜物、氧化物存在，腐蝕后觀察，裂紋兩側(cè)與基體顯微組織一致，為鐵素體基體上分布著球粒狀珠光體，試樣邊緣與裂紋處均未見脫碳現(xiàn)象，如圖5所示裂紋對(duì)面端面取樣制備后觀察，橫截面上的裂紋兩側(cè)與基體顯微組織一致，為鐵素體基體上分布著球粒狀珠光體，如圖5所示。

圖五

1.3.2碳化物不均勻檢驗(yàn)
將一套圈經(jīng)淬回火處理后，在顯微鏡下檢驗(yàn)縱截面碳化物不均勻性，發(fā)現(xiàn)帶狀、網(wǎng)狀形貌如圖6所示，按國(guó)標(biāo)GB/T18254評(píng)定為帶狀級(jí)，網(wǎng)狀1.5級(jí)，未見碳化物液析存在，滿足國(guó)標(biāo)要求。因此套圈端面開裂與原材料碳化物均勻性無(wú)關(guān)。

圖六

1.4套圈布氏硬度檢驗(yàn)
沿套圈圓環(huán)方向隨機(jī)進(jìn)行布氏硬度檢測(cè)，硬度較為均勻，平均硬度為290.8HB，未發(fā)現(xiàn)明顯的高點(diǎn)或低點(diǎn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

1.5套圈斷口檢驗(yàn)
一套圈經(jīng)淬火處理后，一次擊斷，借助體視顯微鏡檢驗(yàn)套圈縱截面斷口組織，在宏觀斷口表面上有許多亮面，每個(gè)亮面都是一個(gè)晶粒的界面，斷裂路徑沿著不同位向的晶界延伸，為典型的沿晶脆性斷裂，形貌如圖7所示。
根據(jù)斷裂能量消耗Z小原理，裂紋的擴(kuò)展路徑總是沿著原子鍵合力Z薄弱的表面延伸，在很大程度上取決于晶界面的狀態(tài)和性質(zhì)。晶界強(qiáng)度不一定Z低，但如果金屬存在著某些冶金因素使晶界弱化（例如鋼坯出現(xiàn)過(guò)熱或過(guò)燒），則金屬將會(huì)發(fā)生沿晶脆性斷裂。

圖7

1.6套圈奧氏體晶粒度檢驗(yàn)
制備斷口縱截面試樣在顯微鏡下檢驗(yàn)晶粒度，發(fā)現(xiàn)套圈外壁晶粒度明顯比基體晶粒度要粗，形貌如圖8所示。因此推測(cè)斷口試樣與原始盤條加熱工藝即鋼坯在加熱過(guò)程中局部過(guò)熱有關(guān)。

圖八

2　缺陷盤條工藝追溯及套圈用軸承鋼盤條生產(chǎn)工藝改進(jìn)
通過(guò)對(duì)開裂樣品進(jìn)行低倍、硬度、碳化物、斷口、晶粒度等進(jìn)行檢測(cè)，低倍組織、碳化物均勻性、表面硬度均正常，而斷口存在過(guò)熱組織，且套圈外壁晶粒度明顯比基體晶粒度要粗，推測(cè)這與原始盤條加熱工藝即鋼坯在加熱過(guò)程中局部過(guò)熱有關(guān)。
對(duì)開裂批次盤條加熱工藝進(jìn)行追溯，軋制批號(hào)C60199901共47支坯料，在換軋?jiān)撘?guī)格時(shí)已入爐，離爐頭僅10個(gè)步距，預(yù)熱段701~715℃，加熱一段952~959℃，加熱二段1148~1156℃，滿足工藝要求，而均熱段1245~1248℃，加熱二段和均熱段高溫段時(shí)間126分鐘，超出工藝規(guī)范上限。
為迅速解決軸承鋼盤條冷鐓套圈開裂現(xiàn)象，對(duì)軸承鋼盤條加熱工藝進(jìn)行優(yōu)化：
（1）對(duì)軸承鋼坯料入爐位置進(jìn)行優(yōu)化。在換輥時(shí)用于做套圈的軸承鋼坯料不允許直接進(jìn)入加熱一段，第1支坯料離爐頭出鋼位置至少48個(gè)步距，如圖9所示。當(dāng)過(guò)渡鋼種不夠時(shí)，需空出足夠的步距，利用換輥時(shí)間按正常出鋼節(jié)奏走完空的步距，以防止軸承鋼坯料在爐內(nèi)加熱段長(zhǎng)時(shí)間停留而產(chǎn)生局部過(guò)熱缺陷。

圖九

（2）對(duì)軸承鋼坯料加熱時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，控制軸承鋼坯料在進(jìn)入加熱二段和均熱段后的高溫段停留時(shí)間不超過(guò)100min。
（3）對(duì)軸承鋼坯料加熱溫度和出鋼溫度進(jìn)行優(yōu)化，為避免軸承鋼坯料在爐內(nèi)高溫段出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象，嚴(yán)格控制加熱溫度，加熱段和均熱段的Z高加熱溫度不超過(guò)1220℃，除鱗后紅鋼溫度不超過(guò)1130℃。
3　工藝改進(jìn)實(shí)施效果
工藝改進(jìn)后再次生產(chǎn)供某用戶生產(chǎn)18mm規(guī)格套圈用軸承鋼盤條GCr15-Y，爐號(hào)16706548共45支坯料。換軋18mm規(guī)格時(shí)該爐號(hào)坯料只入爐24支，換輥時(shí)間為50min，換輥后生產(chǎn)過(guò)程比較順利，加熱二段和均熱段的高溫段停留時(shí)間為68min，加熱二段溫度為1135℃，均熱段溫度為1212℃，除鱗后紅鋼溫度為1122℃。
取本批次盤條樣品和以往產(chǎn)生過(guò)熱缺陷的盤條做奧氏體晶粒度對(duì)比，發(fā)現(xiàn)存在過(guò)熱缺陷的盤條邊部晶粒度明顯粗大，而本次盤條晶粒度比較均勻細(xì)小，如圖10所示。

圖十

用戶使用該批盤條后未再投訴相關(guān)質(zhì)量問(wèn)題，據(jù)用戶反饋冷鐓套圈過(guò)程中開裂比例明顯下降，從10%以上下降到0.5%以內(nèi)。
4　結(jié)論
軸承鋼盤條冷鐓套圈開裂與原始盤條加熱工藝即鋼坯在加熱過(guò)程中局部過(guò)熱有關(guān)，在套圈用軸承鋼盤條生產(chǎn)計(jì)劃編排時(shí)應(yīng)盡量避免軸承鋼坯料在換輥時(shí)直接進(jìn)入加熱一段，實(shí)在無(wú)法避免時(shí)應(yīng)按排過(guò)渡鋼種或空出相應(yīng)步距。
嚴(yán)格控制加熱溫度和加熱時(shí)間，鋼坯進(jìn)入加熱二段和均熱段后的高溫段停留時(shí)間不超過(guò)100min，Z高加熱溫度不超過(guò)1220℃，除鱗后紅鋼溫度不超過(guò)1130℃。
采用改進(jìn)后的工藝連續(xù)生產(chǎn)多個(gè)批次，一直未出現(xiàn)批量開裂質(zhì)量投訴。

來(lái)源：《金屬材料與冶金工程》2016年05期