GCr15轴承钢连铸坯冶金质量的分析
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多年来，大冶特殊钢股份有限公司在轴承钢连铸方面作了大量的工作，取得了一定的成绩。但连铸坯成材后缩孔、中心疏松、轴心碳偏析、碳化物液析等质量缺陷一直没有得到有效改善。为此，2001年大冶特钢在轴承钢连铸太成材方面又进行了一系列的试验研究工作，找出了连铸拉坯和加工成材工艺对连铸坯、材质量的影响因素。试验获得了较好的效果。1
试验方法1
． 1工艺流程1） 60t电弧炉+60t LF/VD精炼炉→连铸拉180方坯→650机组成材；（
（
2） 60t电弧炉+60t LF/VD精炼炉→连铸拉180方坯→500机组开130方、74方坯→300或250机组成材。1
． 2试验内容试验工作包括（
1）钢水过热度及拉速对铸坯质量的影响；（2）连铸二次冷却制度；（3）结晶器电磁搅拌的应用；（4）加热工艺对连铸材质量的影响；（5）成材压缩比试验。2
试验结果及分析2
．1 结晶器电磁搅拌对坯、材低倍质量的影响结晶器电磁搅拌的使用，改善了钢液的流动性，使钢液呈紊流流动。在切应力作用下柱状晶晶臂被切断，充当着等轴晶的晶核；同时流动的钢水加速了传热过程，使过热较快消失，加速了柱状晶向等轴晶转变，从而保证铸坯有较高的等轴晶率，有效地控制“搭桥”现象，使铸坯中心碳偏析、中心疏松、缩孔得到适当改善。
从表1的检验结果可看出，在过热度、拉速、二冷强度等工艺参数一致的情况下，使用结晶器电磁搅拌可有效改善GCr15连铸材的低倍组织，特别对中心疏松的影响尤为显著。
表1 电滋搅拌对GCr15轴承钢连铸材低倍组织的影响
|
序号 |
钢种 |
成材规格/mm |
试料个数 |
连铸工艺参数 |
低倍/级 |
|||||
|
过热度/℃ |
拉速/m?min-1 |
二冷强度/L?kg-1 |
电磁搅拌 |
偏析 |
一般疏松 |
中心疏松 |
||||
|
1 |
GCr15 |
Φ50-60 |
12 |
20-25 |
0.89-1.06 |
0.22 |
使用 |
0.5 |
1-1.5 |
1-1.5 |
|
2 |
GCr15 |
Φ50-60 |
12 |
20-25 |
0.90-1.07 |
0.23 |
未使用 |
1 |
1 |
1.5-2 |
2.2过热度对坯、材质量的影响
连铸坯在凝固时，由于冷却强度比模铸大，凝固界面有较高的温度梯度，所以柱状晶较发达。树枝晶相遇，产生“搭桥”现象，枝晶间的钢液，按“小钢锭模铸”进行凝固。因此，连铸坯心部产生周期性的、断续的缩孔与偏析。任何促使铸坯凝固时柱状晶发达的因素如过热度、二次冷却强度等均是导致偏析与疏松的主要原因，柱状晶愈发达，这些缺陷愈严重。
表2显示，在同样使用结晶器电磁搅拌且拉速、二冷强度相近的情况下，当过热度达30℃以上，偏析、一般疏松、中心疏松级别相对较高，尤其中心疏松更为严重，甚至还有残余缩孔存在。而在过热度<25℃的情况下，中心疏松一般不超过1.5级，所以严格控制过热度是改善铸坯质量的重要手段。
表2 钢水过热度对GCr15轴承钢连铸材中心疏松的影响
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序号 |
钢种 |
成材规格/mm |
试料个数 |
连铸工艺参数 |
低倍/级 |
|||||
|
过热度/℃ |
拉速/m?min-1 |
二冷强度/L?kg-1 |
电磁搅拌 |
偏析 |
一般疏松 |
中心疏松 |
||||
|
1 |
GCr15 |
Φ60 |
12 |
>30 |
0.9-1.05 |
0.22 |
使用 |
0.5-1 |
1-1.5 |
1.5-2,个别试料有缩孔 |
|
2 |
GCr15 |
Φ60 |
6 |
<25 |
0.9-1.06 |
0.22 |
使用 |
0.5-1 |
1 |
1-1.5 |
2.3压缩比对成材质量的影响
上述两种成材工艺路线为:(1)连铸180方坯→650机组轧成φ60mm规格棒材;(2)连铸180方坯→500机组开130方坯→430/300机组开37方坯→250机组轧成φ11mm规格棒材.各种规格的中间坯、材检验结果如表3所示，从中可以看出，成品材规格越小，即压缩比越大，中心疏松级别越低，低倍组织越致密，当180方连铸坯成材压缩比达到23以上，成材低倍组织均能满足GB/T18254-2000标准要求，即轴承钢成品的偏析、一般和中心疏松均不超过1级。
表3 轧钢压缩比对轴承钢连铸材低倍组织的影响
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炉号 |
钢种 |
规格/mm |
压缩比 |
低倍/级 |
||
|
偏析 |
一般疏松 |
中心疏松 |
||||
|
17C1590 |
GCr15 |
130方 Φ60 37方 |
1.92 11.46 23.67 |
0.5 1 1 |
1 1 1 |
>3 1-1.5 1 |
|
18C1938 |
GCr15 |
130方 Φ60 37方 |
11.46 23.67 341 |
0.5 1 0.5 |
1 1 1 |
1.5 1 1 |
|
标准 |
― |
― |
― |
≤1 |
≤1 |
≤1 |
2.4轧制工艺对连铸材碳化物液析的影响
碳化物液析是钢由液态向固态转变时,最后凝固部分的碳及合金元素富集而产生的亚稳共晶莱氏体,其硬度和脆性高,热加工时,被破碎成不规则碎块,沿轧制方向呈链状或条状分布.
本试验在连铸坯轧制成材工艺上采用了不同的均热温度及均热时间以进行对比,希望摸索出最佳的加热制度.
由表4可知，在均热温度相同时,处长均热时间可降低碳化物液析级别;在均热时间相同地情况下,适当提高均热温度,可减轻甚至消除碳化物液析.在大冶特殊钢公司现有的设备条件下,使用180方连铸坯轧制成材时,均热温度采用1 210℃,均热时间大于60min,可使碳化物液析得到改善甚至消除,从而满足相关标准要求.
表4 铸坯加热工艺对GCr15轴承钢连铸材碳化物液析的影响
|
序号 |
轧制工艺 |
规格/mm |
批数 |
液析检验结果（级别范围） |
|
1 |
均热温度1 210℃均热时间35-40min |
74方 |
5 |
1.5级*4,1.0级*6,0-0.5级*10 |
|
2 |
均热温度1 210℃均热时间60-80min |
Φ45 |
5 |
均为0-0.5级 |
|
3 |
均热温度1 170℃均热时间35-40min |
Φ50 |
5 |
2.5-3.0级*6，1.0-2.0级*8,0-0.5级*6 |
|
4 |
均热温度1 170℃均热时间35-40min |
Φ50 |
4 |
2.5-3.0级*2，1.0-2.0级*9,0-0.5级*5 |
3 结论
(1)大冶特殊钢公司连铸180方坯使用结晶器电磁搅拌,采用较低的过热度、拉速和合适的二冷水量，在成材压缩比大于23的条件下，完全可以改善连铸坯、材缩孔、中心疏松、中心偏析等缺陷，并使之达到GB/T18254-2000标准要求。
（2）轧制成材时，1 210℃均热60min，可以减轻甚至消除轴承钢连铸材碳化物液析。
