S34MnV曲轴锻用钢的夹杂物控制

缪剑波

曲轴工作过程中承受交变应力（扭转力、弯曲力和压缩力），易产生应力集中。S34MnV曲轴锻用钢中的非金属夹杂物破坏了金属的连续性，会成为疲劳裂纹源，引发曲轴折断等事故。因此，减少钢中的夹杂物含量，减小夹杂物尺寸是提高船用曲轴疲劳寿命的主要途径。

S34MnV曲轴锻用钢的工艺流程为：100tEBT→120tLF→成分微调、控温→120tVD→控温→氩气保护、大气下铸。100tEBT炉出钢时采用铝锭预脱氧、炉外合金化。VD处理时的有效真空度≤65Pa，真空时间≥60min。VD脱气的原理是：炉渣吹面的“渣眼”处，钢液冲破渣层，冲破渣层的钢水在持续高真空的作用下，降低了钢水中气体分压，促使气体以分子形式析出。特别是对于原子半径很小的氢，比较容易脱离钢液而去除。
模铸过程操作要点是：1）保持锭身液面稳定上升；2）冒口补缩时间以锭身浇铸时间为参照对象，冒口补缩时间≥4/5锭身浇铸时间；3）液芯瞬时裸露后须及时补加保护渣；4）正常浇铸期间钢流被氩气保护罩屏蔽，避免卷入空气。
生产实践表明，要完全去除钢水中的夹杂物是不可能的。20μm以下的小型夹杂对钢力学性能的影响很小，因此对铸坯只分析大于20μm的夹杂。另外，要减少非金属夹杂物对锻用钢力学性能的危害，还要控制夹杂物的形貌，避免长条状、带状、串簇状等夹杂物的出现。S34MnV曲轴锻用钢精炼时渣量大、精炼时间长、VD真空处理时间长，精炼过程中夹杂物改性充分，D类夹杂占绝大多数。真空后不再喂Ca-Si丝，成品S含量小于0.0007%，Ca/Si控制在0.45～0.80之间，脱硫充分，B类夹杂小于0.5级。
真空前→真空后→铸坯过程中，夹杂物数量逐渐减少。铸坯中的夹杂物是完全改性后的CaO-MgO-Al2O3夹杂物，该夹杂物对曲轴锻用钢力学性能的危害很小。对非金属夹杂物的评级结果可看出A、B、C、D、Ds类夹杂物控制在1.0级以内，满足MAN0743099-1.0（2007.11.29版）对夹杂物的评定要求。
分析研究表明：
（1）S34MnV曲轴锻用钢采用含氟精炼渣系，入真空前渣中CaF2含量控制在20%左右，该渣系熔点低、流动性好、吸附夹杂物的能力强；
（2）入真空精炼前钢水中的一部分MgO-Al2O3已经完全改性成CaO-MgO-Al2O3，夹杂物的形貌呈球状；另一部分正处于改性之中，夹杂物的形貌带棱角；
（3）真空精炼后，MgO-Al2O3已经完全改性成CaO-MgO-Al2O3，该夹杂物在随后的精炼过程中能被炉渣捕获，真空后不需喂Ca-Si丝。
（4）铸坯中大于20μm的夹杂物全部处于低熔点区域，此类夹杂对钢的基体连续性影响较小。
（5）S34MnV曲轴锻用钢锻压产品主要存在D类夹杂，所有夹杂的评级均不大于1.0级。