GCr15轴承钢初轧坯表面纵裂纹的分析

发布时间：2013-05-08 浏览次数：917

赵航　褚翰林
（钢铁研究总院，北京　100081）

　　摘　要：分析了由2.3t GCr15高碳铬轴承钢铸锭轧成140mm×140mm初轧坯表面纵裂纹的形成原因，得到的结果表明：初轧时由于道次孔型内一个方向上压下量过大，使轧件高宽比太大而产生该种裂纹。 改进初轧工艺后，即消除了该种裂纹。 
　　关键词：GCr15轴承钢；初轧坯；表面纵向裂纹
　　我国轴承钢Z严重的质量问题是表面质量差，特别是轴承滚动体用冷拔材和冷拉钢丝的表面裂纹废品率较高，已成为困扰我国冶金企业和轴承行业正常生产的难题。因此，消除轴承钢材表面裂纹成为国家技术开发项目“高质量无表面裂纹的铁路、汽车等用轴承 滚动体用GCr15钢的开发和应用”的主要内容。本文分析了轴承钢初轧坯的一种表面裂纹，并找出了其形成原因，改进措施后，即消除了该种裂纹。 
　　1　裂纹形貌
　　研究用的有表面裂纹的GCr15轴承钢初轧方坯试样取自上钢五厂。GCr15轴承钢成坯的工艺流程为：电弧炉一LF（VD）精炼一铸锭（2.3t）一热送一加热一初轧开坯，140mm×140mm。此种裂纹的宏观照片见图1（a），现场认为此种缺陷的出现率Z高。裂纹大致沿轧制方向延伸，散布在钢坯4个侧面中央约40mm宽的带状区域内。裂纹很多并呈束状，每根裂纹不是很长。在热切断形成的向下弯曲的钢坯端部，钢坯表面上的裂纹开口较宽，远离热切处裂纹逐渐闭合并减轻。 
　　其金相照片见图1（b），裂纹顶部是圆的，其附近无异常的组织和夹杂。裂纹周围有脱碳，有的脱碳层内有氧化形成的细小氧化 物颗粒，能谱分析为氧化铬。裂纹中有的夹有氧化铁皮。裂纹一般深0.8-1.3mm，Z深达4mm。裂纹的分布很有规律性，初步认为是轧制缺陷：在初轧现场仔细观察了轧制过程中钢坯的侧面，发现在第1孔的轧制行将结束时，钢坯侧面中部有一凹陷的带状区。在第2孔的轧制快结束时也发现同样的凹陷带状区。 

 

　　2　裂纹的形成过程分析
　　分析得出，图1所示裂纹是由于初轧时在自由宽展条件下轧件的高宽比（1.86）过大和2次翻钢之间的压下量较大所造成的。
　　钢坯在第1孔内的第2次翻身后压下率较大（53.3%），由于该孔为箱形孔其宽度大于钢坯的宽度，于是轧制钢坯时侧面产生自由宽展，使钢坯两侧面出现双鼓形。双鼓之间的宏观凹陷处形成许多波浪形凹凸，其波峰和波谷并不严格地沿轧制方向伸展，同时轧件高宽比达1.86，第3次翻身后进入第2孔。在第2孔内，高宽比过大的细高形轧件经过较高压下率（46.15%）的轧制，两侧面又出现双鼓形及波浪形凹凸，同时上下两轧制面上于第1孔内形成的波浪形凹凸被压平，起伏较大的两个相邻的波峰相互靠拢形成一个较深的裂 纹，起伏平缓者形成较浅的裂纹或被展平不形成裂纹。 
　　钢坯再次翻身后，两侧面变成上下面，刚刚形成的波浪形凹凸又被压成裂纹。此时4个侧面上均有裂纹。因波峰不止2个，所以裂纹也不止1个。波浪形凹凸位于轧制面中部的带状区域，而且不严格按轧制方向伸展，所以由它形成的裂纹也位于轧制面中部的带状 区域，且大致上顺轧制方向延伸。热切时，钢坯被切处上下两面受到挤压，使金属向两侧运动，导致向下弯曲的钢坯端部靠近热切处 的原本闭合的裂纹被拉开，使热切处的裂纹显得很明显，此即现场所说的“端部裂纹”。 
　　远离热切处挤压力逐渐减小，裂纹逐渐闭合， 呈现出远离热切处裂纹逐渐减轻的现象。脱碳层内的细小氧化物颗粒是由扩散到金属表层内的氧与较活泼的铬生成的氧化铬。 
　　3　消除裂纹的措施及其效果
　　消除此种初轧坯裂纹的主要方法是降低轧件在自由宽展条件下的高宽比从而消除双鼓形，同时控制两次翻钢之间的压下率，以防侧面产生裂纹。 
　　钢锭表面光滑对消除或减轻此种裂纹起重要作用，应在初轧前使钢锭跌落，翻身后再跌落一次，使4个侧面上的氧化皮被震掉，以免氧化皮轧入钢中又脱落形成诱发深裂纹的凹坑。 
　　采取上述措施后，裂纹立即消失，初轧坯表面很光洁。 
　　4　结论
　　（1）初轧时第1孔内在一个方向上压下量过大而不翻钢，造成高宽比（1.86）过大，从而形成了上钢五厂GCr15轴承钢初轧方坯表面出现率Z高的纵裂纹。 
　　（2）第1孔轧制时增加翻钢次数，控制两次翻钢之间的压下率不要太大，轧前震掉氧化皮即可彻底消除纵裂纹。

 

来源：《特殊钢》第23卷第6期