10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 ,2 0 0 1年大冶特钢在轴承钢连铸及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 + 60ｔＬＦ/ＶＤ精炼炉→连铸拉 1 80方坯→ 65 0机组成材 ;( 2 ) 60ｔ电弧炉 + 60ｔＬＦ/ＶＤ精炼炉→连铸拉 1 80方坯→ 5 0 0机组开 1 30方、74方坯→ 30 0或2 5 0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。图 1是结晶器电磁搅拌对ＧＣｒ1 5 1 80方连铸坯碳偏析分布影响对比曲线图。两条曲线连铸工艺参数基本一致 ,不同的是曲线 (ａ)结晶器未用电磁搅拌 ,曲线 (ｂ)结晶器使用电磁搅拌。从图 1中可看出 ,虽然两条曲线都存在一定程度的中心碳偏析 ,相比较而言 ,使用了结晶器电磁搅拌的铸坯 ,从表面到中心碳含量波动较小 ,未用结晶器电磁搅拌的铸坯中心碳偏析更严重一些。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ＧＣｒ1 5连铸材的低倍组织 ,特别对中心疏松的影响尤为显著。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<1 > 。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<2 > ,柱状晶愈发达 ,这些缺陷愈严重。图 1 无电磁搅拌 (ａ)和电磁搅拌 (ｂ) 180方ＧＣｒ15轴承钢连铸坯断面表面到中心碳含量变化的对比Ｆｉｇ .1 Ｃｈａｎｇｅｏｆｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔａｔｓｅｃｔｉｏｎｆｒｏｍｓｕｒｆａｃｅｔｏｃｅｎｔｒｅｆｏｒ 180ｍｍ× 180ｍｍｃａｓｔｉｎｇｂｉｌｌｅｔｏｆｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌＧＣｒ15 ,(ａ)Ｗｉｔｈｏｕｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｒｒｉｎｇ ;(ｂ)Ｗｉｔｈｅｌｅｃ ｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｒｒｉｎｇ表 1 电磁搅拌对ＧＣｒ15轴承钢连铸材低倍组织的影响Ｔａｂｌｅ 1 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｒｒｉｎｇｏｎｍａｃｒｏｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅｏｆｃｏｎｃａｓｔｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌＧＣｒ15ｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ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1ＧＣｒ15Φ5 0～ 60 12 2 0 2 5 0 .89～ 1.0 60 .2 2使用 0 .5 1～ 1.5 1～ 1.52ＧＣｒ15Φ5 0～ 60 12 2 0 2 5 0 .90～ 1.0 7 0 .2 3未使用 111.5～ 2 注 :电磁搅拌参数为 :电压 :3 80Ｖ ,电流 :12 0Ａ ,频率 :6Ｈｚ,搅拌方式 :单向搅拌。图 2 不同过热度钢水连铸的 180方ＧＣｒ15轴承钢铸坯断面表面到中心碳含量的变化Ｆｉｇ .2 Ｃｈａｎｇｅｏｆｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔａｔｓｅｃｔｉｏｎｆｒｏｍｓｕｒｆａｃｅｔｏｃｅｎｔｒｅｆｏｒ 180ｍｍ× 180ｍｍｃａｓｔｉｎｇｂｉｌｌｅｔｏｆｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌＧＣｒ15ｃｏｎｃａｓｔ ｉｎｇｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇｄｅｇｒｅｅｌｉｑｕｉｄｓｔｅｅｌ 图2中 ,两条曲线均采用了结晶器电磁搅拌 ,拉速、二冷强度等参数也基本一致。不同的是曲线 (ａ)中间包钢水过热度为 1 9℃ ,曲线 (ｂ)过热度2 4℃。从图 2中可看出过热度对 1 80方连铸坯碳偏析影响较大。曲线 (ａ)因过热度低 ,铸坯中心碳偏析不明显 ,而曲线 (ｂ)因过热度偏高 ,铸坯中心碳偏析相对严重得多。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 <2 5℃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。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 1 80方坯→ 65 0机组轧成Φ60ｍｍ规格棒材 ;( 2 )连铸1 80方坯→ 5 0 0机组开 1 30方坯→ 430 /30 0机组开37方坯→ 2 5 0机组轧成Φ1 1ｍｍ规格棒材。各种规格的中间坯、材检验结果如表 3所示 ,从中可以表 2 钢水过热度对ＧＣｒ15轴承钢连铸材中心疏松的影响Ｔａｂｌｅ 2 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌｉｑｕｉｄｓｔｅｅｌｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇｄｅｇｒｅｅｏｎｃｅｎｔ ｒｅｐｏｒｏｓｉｔｙｏｆｃｏｎｃａｓｔｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌＧＣｒ15ｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ序号钢种成材规格 /ｍｍ试料个数连铸工艺参数过热度 /℃拉速 /ｍ·ｍｉｎ- 1二冷强度 /Ｌ·ｋｇ- 1 电磁搅拌低倍 /级偏析一般疏松中心疏松1ＧＣｒ15Φ60 12 >3 0 0 .9～ 1.0 5 0 .2 2使用 0 .5～ 11～ 1.5 1.5～ 2 ,个别试料有缩孔2ＧＣｒ15Φ60 6<2 5 0 .9～ 1.0 60 .2 2使用 0 .5～ 111～ 1.5 注 :①电磁搅拌参数为电压 :3 80Ｖ ,电流 :12 0Ａ ,频率 :6Ｈｚ ,搅拌方式 :单向搅拌 ;②标准要求的低倍组织均≤ 1级。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 1 80方连铸坯成材压缩比达到 2 3以上 ,成材低倍组织均能满足ＧＢ/Ｔ1 82 5 4 2 0 0 0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Ｔａｂｌｅ 3 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｒｏｌｌｉｎｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｎｍａｃｒｏｓｔｒｕｃｔ ｕｒｅｏｆｃｏｎｃａｓｔｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌＧＣｒ15ｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ炉号钢种规格 /ｍｍ 压缩比 低倍 /级偏析一般疏松中心疏松17Ｃ15 90ＧＣｒ1513 0方Φ603 7方1.9211.462 3 .670 .511111>31～ 1.5118Ｃ193 8ＧＣｒ15Φ603 7方Φ1111.462 3 .673 410 .510 .51111.511标准 ---≤ 1≤ 1≤ 1注 :电磁搅拌参数为 :电压 3 80Ｖ ,电流 12 0Ａ ,频率 6Ｈｚ ,搅拌方式 :单向搅拌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<3> 。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。试验结果如表 4所示。 由表 4可知 ,在均热温度相同时 ,延长均热时间可降低碳化物液析级别 ;在均热时间相同的情况下 ,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 1 80方连铸坯轧制成材时 ,均热温度采用 1 2 1 0℃ ,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Ｔａｂｌｅ 4 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｃａｓｔｉｎｇｂｉｌｌｅｔｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｎｃａｒ ｂｉｄｅｌｉｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃａｓｔｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌＧＣｒ15ｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ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 12 10℃均热时间 3 5～ 40ｍｉｎ 74方 51.5级× 4,1.0级× 6,0～ 0 .5级× 102 均热温度 12 10℃均热时间 60～ 80ｍｉｎ Φ45 5均为 0～ 0 .5级3 均热温度 1170℃均热时间 3 5～ 40ｍｉｎ Φ5 0 52 .5～ 3 .0级× 6,1.0～ 2 .0级× 8,0～ 0 .5级× 64 均热温度 1170℃均热时间 60～ 70ｍｉｎ Φ5 0 42 .5～ 3 .0级× 2 ,1.0～ 2 .0级× 9,0～ 0 .5级× 5注 :每批试料为 4个。3 结论( 1 )大冶特殊钢公司连铸 1 80方坯使用结晶器电磁搅拌 ,采用较低的