轉(zhuǎn)爐耳軸裂紋分析與修復(fù)

薛 鵬

萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司 山東萊蕪市

一、轉(zhuǎn)爐耳軸裂紋

轉(zhuǎn)爐耳軸出現(xiàn)裂紋，如果更換轉(zhuǎn)爐耳軸，必須同步拆除轉(zhuǎn)爐爐殼及爐襯、耳軸軸承座、爐傾一次和二次減速機(jī)、托圈，工程量大，工期長(zhǎng)，每座轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月之久，備件需現(xiàn)制作加工，加工周期至少半年。目前，國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐耳軸出現(xiàn)裂紋情況比較少見(jiàn),而且出現(xiàn)此類(lèi)情況后基本都采用傳統(tǒng)的整體更換辦法，尚未有使用現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)的先例。

二、原因分析

1.化驗(yàn)取樣

取樣分析，傳動(dòng)側(cè)硬度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，非傳動(dòng)側(cè)硬度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果顯示，裂紋處硬度比非裂紋處高，高于原設(shè)計(jì)硬度（241～269HB），最高處達(dá)338HB，其他部位基本復(fù)合原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、制造硬度標(biāo)準(zhǔn)。

2.金相分析

對(duì)耳軸裂紋處及完好處的所取樣塊進(jìn)行金相分析，結(jié)果顯示耳軸的晶粒組織十分粗大，完全沒(méi)有鍛造件應(yīng)有的組織形態(tài)（圖1）。鋼中含有較大的夾雜物（圖2），沿晶及穿晶混合裂紋（圖3），鋼中夾雜物在耳軸外表面有非基體物質(zhì)復(fù)合于其上，疑為溢濺鋼水（圖4）。

表1 傳動(dòng)側(cè)硬度檢測(cè)結(jié)果 HB

表2 非傳動(dòng)側(cè)硬度檢測(cè)結(jié)果

2.各方面原因分析

（1）材料選擇。37SiMn2MoV為綜合性能優(yōu)良的高級(jí)調(diào)質(zhì)鋼，淬透性高，調(diào)質(zhì)后具有高的強(qiáng)度和韌性，使用溫度范圍為-20～520℃。但韌性低，焊后極易淬火的鋼種，表面淬火后硬而脆。用于制造大截面承受重負(fù)荷的調(diào)質(zhì)零件和表面淬火零件，如重型機(jī)械的軸類(lèi)、齒輪、轉(zhuǎn)子等。

圖1 耳軸晶粒組織粗大

（2）制造加工。耳軸為大型鍛件，在制造過(guò)程中尤其是錐體部位，壓縮比小，造成晶粒比較粗大，達(dá)不到鍛件應(yīng)有的組織形態(tài)，因而錐體部位是鍛件質(zhì)量較難控制的部位。單對(duì)3#轉(zhuǎn)爐耳軸在制作過(guò)程了解，制造廠家降低了探傷級(jí)別。

（3）現(xiàn)場(chǎng)工況。轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)，由于反應(yīng)劇烈，大量的1600℃以上的鋼渣從爐口噴出，部分濺到耳軸錐體部位，使耳軸錐體表面溫度快速升高，由于耳軸本身有冷卻水，升高的部位又快速冷卻下來(lái)。耳軸錐體長(zhǎng)期處在這種環(huán)境中，耳軸表面就形成了一層硬而脆的淬火層。形成淬火區(qū)后，在持續(xù)的溫度交變應(yīng)力作用下，形成表面龜裂紋。同時(shí)因?yàn)檗D(zhuǎn)爐搖爐時(shí)，存在著高速制動(dòng)的問(wèn)題，高速制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)爐沖擊晃動(dòng)比較嚴(yán)重，使錐體受力更大，加劇了裂紋的擴(kuò)展速度。

圖2 鋼中含有夾雜物

圖3 沿晶及穿晶混合裂紋

圖4 耳軸外表面有非基體物質(zhì)復(fù)合

三、修復(fù)方案

1.可行性措施研究

（1）通過(guò)查閱相關(guān)材料文獻(xiàn)，耳軸本體材料37SiMn2MoV，除了存在熱敏感性較高、淬透性高，基本能夠滿足使用要求。

（2）通過(guò)硬度檢測(cè)，可以看出耳軸裂紋處硬度比非裂紋處高，高于原設(shè)計(jì)硬度（241～269HB），最高處達(dá)338HB，其他部位基本復(fù)合原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、制造硬度標(biāo)準(zhǔn)。

（3）通過(guò)對(duì)耳軸裂紋處及完好處的所取樣塊，進(jìn)行金相分析，可以看出除了表面受工況影響耳軸表面產(chǎn)生淬硬層及耳軸本體材料存在少量缺陷，耳軸本體基本夠滿足使用要求。

綜上所述情況，通過(guò)分析研究、方案討論、反復(fù)論證，確定只要對(duì)耳軸表面淬硬層及裂紋修復(fù)即可恢復(fù)到原設(shè)計(jì)狀態(tài)，達(dá)到使用要求。針對(duì)耳軸屬于大鍛件、持續(xù)承受較大交變應(yīng)力的特點(diǎn)，在耳軸修復(fù)上采用國(guó)外先進(jìn)保養(yǎng)焊接技術(shù)，首先剝掉裂紋區(qū)域母材，然后用進(jìn)口特種合金焊條進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接過(guò)程中多遍焊接工序之間使用風(fēng)鎬來(lái)消除應(yīng)力，焊接后采用磨削和保溫措施，并最后在表面焊一層保護(hù)層。通過(guò)以上措施，保證焊接質(zhì)量，盡可能減少應(yīng)力產(chǎn)生。

2.實(shí)施過(guò)程

對(duì)3#120t轉(zhuǎn)爐進(jìn)行滲透探傷、超聲波探傷、硬度檢測(cè)、光譜檢測(cè)、金相分析及焊補(bǔ)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)多方實(shí)驗(yàn)后，歷時(shí)50余天對(duì)實(shí)施耳軸修復(fù)工作。

3.效益

計(jì)算備件費(fèi)用、施工費(fèi)用和修復(fù)成本，直接經(jīng)濟(jì)效益約6954萬(wàn)元。3座轉(zhuǎn)爐合計(jì)，減少停爐停產(chǎn)時(shí)間近90天。