[发明专利]一种轴承钢铸坯表面裂纹产生原因的判定方法及防止方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴承钢铸坯表面裂纹产生原因的判定方法及防止方法，属于冶金工业生产的金属材料领域。

背景技术

目前，国内外生产的GCr15轴承钢坯均为方坯。包钢炼钢厂2011年8月生产的GCr15轴承钢ф180mm连铸圆坯，在酸浸低倍检验后发现表面存在明显的龟裂现象。

发明内容

本发明的目的就是针对所述GCr15轴承钢ф180mm连铸圆坯在酸浸低倍检验后出现表面裂纹的问题提供一种轴承钢铸坯表面裂纹产生原因的判定方法及防止方法。

本发明的技术解决方案如下：

1.观察分析裂纹的形貌特征；

2.采用光学显微镜及扫描电镜对裂纹进行裂纹深度、脱碳层及化学成分检验，观察是否有铜的重量百分比含量超过0.2%的富铜区；

3.分析裂纹的产生原因：a.由铸坯的化学成分是否满足标准要求判断裂纹是否因P、S超标导致的冷裂和热裂以及因钢水中Cu超标及Cu、Ni配比不当导致的铜脆裂纹；b.由铸坯横断面酸浸低倍检验结果判断裂纹是否因低倍组织缺陷所致；c.由铸坯的非金属夹杂物检验，结果判断裂纹是否因非金属夹杂物超标缺陷所致；

如排除上述三种原因导致裂纹产生的可能且扫描电镜检验到富铜区，则判定裂纹系由铜脆引起；

4.分析铜脆导致裂纹产生的机理；

5.分析富铜区中铜的来源。

所述Cu、Ni配比不当导致的铜脆裂纹是指钢中镍的重量百分比含量小于铜的重量百分比含量的50%。

针对由铜脆导致裂纹产生的防止方法是：控制轴承钢专用结晶器的斜度小于1.2%，以控制轴承钢专用结晶器的斜度小于1.0%为佳。

本发明的优点是：能够准确判定出GCr15轴承钢ф180mm连铸圆坯在酸浸低倍检验后出现表面裂纹的原因，对生产进行指导，特别是能够有效防止对由铜脆导致裂纹产生的问题。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例

包钢炼钢厂2011年8月生产的GCr15轴承钢ф180mm连铸圆坯在酸浸低倍检验后发现表面存在明显的龟裂现象。

1）裂纹的形貌特征

GCr15轴承钢ф180mm连铸圆坯酸浸低倍检验后的裂纹均出现在连铸坯外表面，呈龟裂状。

2) 裂纹检验

经金相显微镜检验，裂纹周围及铸坯外表面均无脱碳现象，裂纹深度约0.1~0.3mm。但扫描电镜检验发现，在裂纹处有明显的富铜区域，富铜区的最高铜含量高达3.17%。而离开裂纹的基体处则观察不到富铜区。

3) 裂纹的来源

a.出现表面龟裂现象的园坯熔炼号为11706423，经检验，该熔炼号的化学成分完全满足GB/T18254-2002标准的要求。由此可以排除因P、S超标导致的冷裂和热裂以及因钢水中Cu超标及Cu、Ni配比不当导致的铜脆裂纹。

表1   11706423的化学成分（wt%）

b. 对铸坯横断面进行了酸浸低倍检验，未发现明显的低倍组织缺陷。

c. 取样进行非金属夹杂物检验，未见超标现象，据此可以排除因钢质缺陷导致的裂纹。

d. 由扫描电镜检验结果可以看出，裂纹处存在明显的富铜区域，初步可以判定该裂纹系由铜含量偏高导致铜脆造成。

4）分析与讨论

铜含量偏高的钢在高温区域时，因铜的抗氧化能力较铁高．铸坯表面发生选择性氧化，即形成的氧化物按Cu₂O+Me→MeO+2Cu反应进行，以致在铸坯表面氧化铁壳里层析出高的铜量(即形成富铜区)，当超出铜的溶解度且温度高于铜的熔点(1083℃)时，铜以液态薄膜形式分布于晶界上，且沿晶界向内部渗透，熔融的铜原子沿奥氏体晶界扩展，削弱了晶粒问的联系，拉矫时在外力作用下产生裂纹。有资料表明，当钢中的镍含量不小于铜含量的一半时．可有效防止龟裂的产生。从表l可看出，该炉轴承钢的镍含量远低于此要求，所以钢中的Ni无法起到防止龟裂产生的作用。

5）富铜区中Cu的来源

由表1结果可以看出，钢水中Cu的含量仅为0.010wt%，远低于富铜区中Cu的含量3.17wt%，说明富铜区中的Cu并非钢水自身所带。此外，因铜的熔点较低，铸坯在凝固时，根据选分结晶的原理，铜将最后凝固于铸坯中心而非表面，故铸坯心部含铜量较高，进一步说明富铜区中的Cu并非钢水自身所带。

钢水从凝固到检验中间唯一与之接触且含铜的部件就是铜质结晶器，因此，富铜区中的Cu只能来源于结晶器。