渗碳齿轮钢18CrNiMo7-6低倍夹杂缺陷的分析研究

渗碳齿轮钢18CrNiMo7-6是一种表面硬化钢，具有高强度、高韧性和高淬透性等优点，广泛应用于矿山、运输、机车牵引、起重和内电等工业领域。某厂生产的18CrNiMo7-6钢大批量地出现低倍夹杂物，严重影响产品质量以及市场信誉。针对产品有缺陷的部位，采取低倍、高倍和扫描电镜等方式进行分析研究。18CrNiMo7-6钢生产工艺路线：电炉冶炼→LF精炼→VD真空→浇注→缓冷坑缓冷→钢锭加热→锻造→锻后退火→无损检测→检验、检查→交货。具体生产工艺操作如下：装料时生铁或铁水的量大于钢铁总量的30%；初炼时P≤0.010%，T＞1580℃时出钢；精炼过程中尽快造好白色泡沫渣，且白渣保持时间大于20min。当≤0.010%，温度≥1650℃时抽真空；VD阶段，逐级开启真空泵，真空度达到67Pa，保持15min以上，放散；浇注过程中严格控制注温注速，严禁在浇注1/3之后调整流速。从低倍试片上观察夹杂物的分布，发现颗粒大而多、排列无规律，而且发生夹杂的部位也不固定，有的出现在钢锭头部，有的在尾部，有的在中间。虽然锻造过程会使铸态组织的夹杂缺陷聚集，但如此大批量地产生缺陷，初步确认应该是冶炼过程，主要是脱氧过程出现问题。从夹杂缺陷分析中可看出，在低倍试片中除夹杂物外，无一般疏松等其他低倍缺陷，夹杂物分布范围较大，有的弥散分布，有的聚集分布，夹杂物边缘与基体有尖角。高倍检测情况也证明夹杂物颗粒尺寸大，有尖角并嵌入基体。从扫描电镜结果可以看出，除基体含量外，缺陷中氧所占比例平均为54.55%，铝为32.66%，镁为4.01%，钙为3.74%，硅为1.02%，锰为0.82%，铁为2.67%。从夹杂物的组成判断，次夹杂物主要由氧和铝组成，且氧和铝的比例接近3∶2，由此确定夹杂物的主要组成是Al2O3。为了降低夹杂物缺陷，北满特钢有限公司的技术人员对18CrNiMo7-6钢的生产工艺进行了改进，采用两种工艺进行生产：一种是在初炼出钢过程不加铝锭，到精炼工位喂铝线；另一种是在初炼出钢过程加铝锭脱氧，到精炼工位后，视钢中铝含量情况，少量补喂铝线。工艺研究结果表明：（1）18CrNiMo7-6钢夹杂物缺陷的主要成分是Al2O3。（2）脱氧时机与是否发生夹杂缺陷关系不大。（3）在吨钢用铝量一定的前提下，提高沉淀脱氧用铝量，降低扩散脱氧用铝量，有利于消除Al2O3夹杂缺陷。（4）经验表明，无论采用何种工艺生产，用铝脱氧尽可能在精炼前期完成。