0、前言
磨機(jī)是繼破碎機(jī)之后對(duì)礦石或其它物料繼續(xù)粉碎，旨在獲得不同工藝所需要的更細(xì)顆粒產(chǎn)品的設(shè)備。磨機(jī)筒體兩端的端蓋（見圖1）是磨機(jī)的關(guān)鍵件，其軸頸區(qū)4被支承在主軸承上，即簡(jiǎn)體、物料、介質(zhì)等依靠端蓋支承；大法蘭l與簡(jiǎn)體法蘭、大齒輪法蘭依靠螺栓聯(lián)結(jié)，即齒輪組傳動(dòng)通過端蓋帶動(dòng)簡(jiǎn)體旋轉(zhuǎn)；小法蘭2與襯套法蘭依靠螺栓聯(lián)結(jié)，工作過程中受交變應(yīng)力作用，若鑄件中存在縮孔、顯微縮松等缺陷，在使用過程中將發(fā)生開裂事故。故此，實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)鑄件表面要求磁粉探傷，內(nèi)部要求超聲波探傷，并且要出具性能和成分檢測(cè)報(bào)告。通常采用合適的鑄造工藝結(jié)合退火+回火熱處理工藝來保證性能。端蓋尺寸較大，最大直徑達(dá)8.9m，高0.9m，壁厚較薄，薄壁處為110mm，鑄件質(zhì)量40~ 68t。生產(chǎn)中端蓋軸徑區(qū)和R區(qū)縮松、裂紋等缺陷較為突出，精加工后不易進(jìn)行返修焊補(bǔ)和回火處理，成為影響端蓋質(zhì)量和制約生產(chǎn)的主要因素，文獻(xiàn)曾在計(jì)算機(jī)模擬和工藝優(yōu)化方面做了一些工作，在消除縮松缺陷方面取得了較好的效果。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐分析了缺陷產(chǎn)生的原因，提出從冶煉工藝及化學(xué)成分控制、熱處理工藝優(yōu)化等方面來提高鑄鋼端蓋質(zhì)量。
1、端蓋生產(chǎn)中主要質(zhì)量問題及原因分析
端蓋材質(zhì)為ASTM A216 WCA，成份見表1，屬低碳鋼，凝固溫度范圍較寬，鑄造性能較差，其凝固特性決定了鑄件易產(chǎn)生縮孔、顯微縮松等缺陷。鋼液中的夾雜物、氣孔的存在，將在鑄件中引起應(yīng)力集中，使鑄件在熱處理時(shí)形成裂紋。故防止或消除鑄件的缺陷，首先應(yīng)嚴(yán)格控制冶煉工藝及化學(xué)成分。其次，不當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕矔?huì)影響鑄件的組織和性能，甚至引起鑄件在熱處理時(shí)開裂。
2、冶煉工藝及化學(xué)成分控制鋼液的純凈度及澆注溫度直接影響鑄鋼端蓋的質(zhì)量。S、P等有害元素含量越高，裂紋傾向性越大，鋼中夾雜物與偏析越大，越易造成應(yīng)力集中；澆注溫度越高，凝固收縮越大，熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)率也越大。上述因素使鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、粘砂等缺陷。
采用變質(zhì)處理、精煉技術(shù)嚴(yán)格控制鋼水質(zhì)量，減少鋼水中氣體及有害元素（S、P等）含量，提高鋼水的流動(dòng)性，控制澆注溫度，增加鋼水的補(bǔ)縮能力，保證端蓋組織致密等措施，能有效避免端蓋產(chǎn)生裂紋缺陷。中信重機(jī)公司經(jīng)反復(fù)改進(jìn)確定的煉鋼工藝為：堿性電弧爐初煉一LF鋼包精煉一包底吹氬、型腔吹氬一澆注。
(1)電弧爐初煉。初煉時(shí)C控制在0.16~0.24，Si按0.35加入，Mn按0.75加入，P≤0.01，Cr≤0.20，Ni≤0.25，Mo≤0.15，Cu≤0.20;采用擴(kuò)散脫氧與沉淀脫氧相結(jié)合的綜合脫氧工藝，保證鋼水的純凈度及良好的流動(dòng)性；出鋼溫度為1650~1680℃；采用留鋼留渣操作，嚴(yán)禁氧化渣進(jìn)入精煉包，防止回磷，P≤0.01%；
(2)LF鋼包精煉。精煉時(shí)按表l嚴(yán)格控制化學(xué)成分；在1580~1590℃時(shí)調(diào)整合金含量，擴(kuò)散脫氧劑C粉和Si - Al - Ca - Ba粉要分批加入，加入量為C粉lkg/t，Si - Al - Ca - Ba粉2~3 kg/t，微正壓操作，保證還原氣氛；合金成分調(diào)整完畢后，精煉白渣保持≥20min，其間不允許加渣料，可適量加擴(kuò)散脫氧劑；鋼水中加入鑭系稀土；起包溫度1540~1560℃，澆注溫度1530~ 1550℃。上述工藝措施可以提高鋼水質(zhì)量，降低S、P等有害元素含量，減少鋼中夾雜物與偏析，再加上包底吹氬和型腔吹氬等工藝措施，避免鋼水二次氧化，保證鋼水的流動(dòng)性，減少顯微縮松缺陷。
(3)稀土元素的作用。稀土加入鋼中能細(xì)化晶粒，抑制甚至消除柱狀晶區(qū)。這主要是由于稀土系表面活性元素，能降低鋼液的表面張力，阻礙晶粒長(zhǎng)大；此外稀土夾雜可作為非自發(fā)形核核心，促進(jìn)晶核形成。稀土元素在鐵液中可以完全互溶，而固溶度卻很小，所以凝固過程中稀土就富集于正在長(zhǎng)大的結(jié)晶前沿。且稀土系表面活性元素，易富集在固 液相界面上，阻礙晶粒長(zhǎng)大。由于稀土在固 液相界面上富集，使凝固時(shí)過冷度加大，晶核的形核臨界尺寸變小，并促進(jìn)等軸晶形成。
殘留在鋼液中的稀土易和鋼中的硫、氧化合，形成稀土硫化物和稀土硫氧化物等。稀土硫化物系立方晶系，和艿- Fe晶系相似。經(jīng)計(jì)算(lOO)c。s∥(100)a-f、。，其錯(cuò)配度艿=1.6%，所以稀土硫化物是8 - Fe的優(yōu)良非自發(fā)晶核。RE，0，S（稀土硫氧化合物）與a- Fe晶格的錯(cuò)配度也很小，且有晶面和艿- Fe晶面相似，也是優(yōu)良的非自發(fā)晶。
圖2給出了未加稀土與加入稀土?xí)r熱處理顯微組織，可以明顯看出：加入稀土后，細(xì)化了鋼的晶粒，減少枝晶偏析。
3、熱處理工藝
通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，端蓋熱處理宜采用分段預(yù)熱+ 900℃正火+600℃回火，如圖3所示。正火由于冷卻速度快，鋼的晶粒比退火時(shí)更細(xì)些，而且使得奧氏體能在較低的溫度下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，因而能得到分散度更大的珠光體。因此，正火處理后的力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度比退火處理的鋼更高些。正火后回火的熱處理工藝，能進(jìn)一步提高鋼的性能和組織及尺寸的穩(wěn)定性。
在端蓋生產(chǎn)時(shí)，同時(shí)制作拉伸試樣，試樣經(jīng)熱處理后的性能見表2，可以看出所選材料成分配比得當(dāng)，熱處理工藝合適。
微觀斷口可分為三個(gè)區(qū)：?jiǎn)⒘褏^(qū)，擴(kuò)展區(qū)，終斷區(qū)。拉斷后的試樣，外觀呈杯錐狀，其啟裂區(qū)和擴(kuò)展區(qū)如圖4所示。可以看出斷口以韌窩為主，該斷裂屬于微孔聚集斷裂機(jī)制，它們是斷裂前塑性變形進(jìn)行到一定程度時(shí)產(chǎn)生的。
4、工藝優(yōu)化控制后的實(shí)踐效果
中信重機(jī)公司所生產(chǎn)的大型出口球磨機(jī)鑄鋼端蓋，通過嚴(yán)格控制材質(zhì)成分和熱處理工藝，輔以稀土微合金化處理技術(shù)，提高了鋼液的質(zhì)量，改善了晶界偏析，使大型球磨機(jī)端蓋鑄鋼件的力學(xué)性能達(dá)到：δ≥515 MPa，δ≥323MPa，a≥30%，成品率由85%提高到100%。
5、結(jié)論
ASTM A216 WCA鑄鋼端蓋的含碳量較低，鑄件易形成顯微縮松，將碳含量控制在0.24%~0.28%，可避免產(chǎn)生顯微疏松和縮裂缺陷。該鋼中加入微量稀土，能起細(xì)化強(qiáng)化作用，同時(shí)可改善組織中夾雜物的形態(tài)和分布，使鋼的塑性和韌性顯著提高。端蓋經(jīng)嚴(yán)格的化學(xué)成分控制，適當(dāng)?shù)囊睙捁に嚰盁崽幚砉に嚕墒硅T鋼端蓋的力學(xué)性能和顯微組織，滿足使用要求。
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