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轴承钢GCr15矩形坯低倍质量控制技术研究

发布时间:2017-04-17 10:45:29

一、轴承钢GCr15生产工艺流程
目前,中国大部分炼钢厂均采用转炉生产轴承钢GCr15矩形连铸坯,其生产工艺流程为:高炉铁水的氧化脱硫→立式转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼→矩形坯的连续铸钢→保温送特钢厂进行特色处理。
国内特钢厂处理轴承钢GCr15矩形坯的生产工艺流程为:铸坯的加热→热送至(800/650)棒材连轧机组→棒材的保温→送修磨工段→送质量检验车间→成品钢材的包装入库→发货。铁水要求进行预处理并且要求进行行脱硫和扒渣处理;转炉炼钢的主要任务是控制磷元素、硫元素等的含量,完成钢材主要化学成分的合金化;LF炉熔炼的最主要目的是造还原性炉渣并完成钢液化学成分的调整;RH炉进行真空操作的目的是脱除钢液内残留的气体、去除残留夹杂物、控制钢液温度等;矩形坯连铸机的主要任务是保护连续浇注、控制铸坯低倍组织和铸坯质量。
二、能够影响到轴承钢GCr15矩形连铸坯低倍质量的因素
(一)实验正交设计方案
1.二冷水量。针对连铸机二次冷却区冷却的强度对矩形连铸铸坯缩孔的大小、多少的影响,我国不同的钢铁厂对其有着不一样的观点。例如,我国某钢铁厂(厂一)生产小方坯高碳钢的生产实践经验表明:在二冷区采用了电磁搅拌时,随着二冷区冷却强度的增强,连铸小方坯的中心缩孔、中心偏析都有非常明显减弱,铸坯的质量也得到了明显的改善。但是,随着二次冷却区的冷却强度继续增强到一定的强度的时候,矩形铸坯内部的缩孔、缩松反而变得更加严重,而且铸坯的中间出现比较严重的裂纹。因此可以得出结论:适当地增强二冷区的冷却强度,不但可以使铸坯内部组织晶粒细化,而且可以缩短铸坯在凝固时的液相穴的深度(液相深度),增加了连铸坯外层冷凝坯壳的厚度,从而大大降低了该铸坯的鼓肚量。连铸坯在凝固时“液相深度”的缩短,这对于钢水冷凝时的补缩是非常有利的,因此可以降低铸坯在产生过程中出现V字形偏析的可能性。我国某钢铁厂(厂二)则对其有着不同的观点,钢铁厂(厂二)认为:增加二次冷却区域冷却的段数,可以使矩形连铸坯在凝固的末端产生体积的相应收缩,因此,对于减轻铸坯的中心缩松和缩孔危害是非常有利的[5]。
我国某大型炼钢厂在最开始生产轴承钢GCr15的时候,所采用二次冷却的比水量为0.21×10-3m3/kg,试验的过程是在其他影响条件都相同的情况下,对(0.15、0.20、0.23、0.26)×10-3m3/kg不同的比水量的情况下进行了对比试验。
2.拉速。某钢厂矩形坯连铸机原始设计的轴承钢工艺拉速为(0.45~0.50)m/min,铸坯拉速选取两个档次0.45m/min和0.50m/min。
3.压下量。某钢厂原设计的轴承钢GCr15的压下总量为4.5mm,在此压下量范围内,为选择一个更加合适压下量,压下量分别选定为1mm、2mm、3mm和4mm。
4.正交设计。
(二)比水量对铸坯低倍质量的影响分析
通过正交设计,按照表1.1比水量、压下量和拉速正交设计试验方案进行的试验,其得到的试验结果的数据表明,在其他连铸工艺的控制条件均都相同的情况下,随着二次冷去的冷水量增大,连铸坯的冷却速度加快,这样有利于提高矩形连铸坯低倍质量,尤其是对于降低铸坯中心疏松缺陷和缩孔等缺陷效果特别明显。
另外,通过这次正交试验结果我们还可以知道:当二冷区冷却强度增长到一定强度时,连铸坯出现的中心偏析程度反而会出现偏高的现象。因此得出:连铸过程中二次冷却的冷却水量也不易过大,过大反而影响铸坯质量。由试验结果可得一个比较合适的二冷比水量为0.27×10-3m3/kg,在此比水量进行冷却时得到的铸坯质量最佳。
(三)拉速对铸坯低倍质量的影响分析
拉速对铸坯缩孔的影响补充试验进行了3炉,分析三炉铸坯低倍检验结果可知,连铸坯缩孔随着拉坯速度的降低,缺陷率也随之降低。
但是,在后期的生产实践过程中,当拉速降到过小时(小于了0.35m/min),实验中矩形连铸坯的疏松和缩孔缺陷反而变得严重。其主要的原因是过小的拉速,缩短了连铸坯的液芯长度,因此,使的连铸坯在到达压下辊位置之前早已经完全凝固了,这样轻压下的功能基本失效。因此,最终我厂的连铸工艺拉速确定在0.37~0.42m/min。又因考虑到生产效率与产品质量要兼顾,最终确定拉坯速度偏上限,恒定在0.42m/min。
(四)连铸机轻压下的压下量对连铸坯低倍质量的影响分析
有连铸机轻压下的压下量对连铸坯缩孔和中心疏松缺陷影响的试验结果分析表明:在其他连铸工艺控制的参数都相同的条件下,随着连铸机压下量的增大,铸坯缩孔缺陷有所减轻。但在连铸机轻压下的压下量过大时,反而会导致连铸坯产生中间裂纹。由于本次试验做的三次试验的拉坯速度均较高,所以,即使增大压下量,仍然不会避免上述试验产出的铸坯出现缩孔的缺陷。但是通过本次试验,我们还是可以看出在总压下量为6mm时,各压下辊将总压下量平均分配是目前较为合理的连铸机压下工艺。
(五)工艺调整完的连铸铸坯的质量
通过对这次试验结果数据的分析,确定了国内某大型钢铁厂用连铸机生产轴承钢GCr15矩形坯的生产工艺参数为:二次冷却的比水量为0.27×10-3m3/kg;拉坯的速度为0.37~0.42m/min;连铸机轻压下的压下总量确定为6mm;连铸的过热度控制在20~30摄氏度之间;连铸过程控制的恒定拉速为0.42m/min。
该实验钢铁厂使用改进后的工艺参数后,对于轴承钢GCr15矩形铸坯的低倍缺陷等级中:中心疏松平均等级为0.45-1.55,小于1.0的等级所占的比例为94.98%。中心缩孔的等级为0.10-2.10,小于1.0所占的比例为95.78%。通过实验所得数据可知,改变了工艺参数后,轴承钢GCr15矩形连铸坯的低倍质量缺陷(中心缩孔和疏松等)出现几率得到显著的降低。
三、试验结论
1.在生产轴承钢GCr15矩形坯连铸的过程中,适当的增强二冷强度能有效地缩短铸坯的液相穴深度,因此对于轴承钢钢水的补缩是非常有利的,从而减轻了连铸坯的中心缩松和缩孔的缺陷。我国某大型炼钢厂生产轴承钢GCr15的二次冷却比水量为0.27×10-3m3/kg。
2.轴承钢GCr15在连铸过程中如果拉坯速度过快,连铸坯在冷凝过程中的液相穴较长,连铸坯的中心缩孔位置得不到充分的补缩,因此,容易导致缩孔缺陷。但是,如果拉坯速度过低,则铸坯在冷却过程中的液芯长度会有所缩短,从而会导致连铸坯在到达压下辊位置时,就早已经完全凝固了,这样轻压下就失去了作用,因此,连铸机的轻压下功能就是去了存在的意义。我国某大型炼钢厂生产轴承钢GCr15的拉速控制在0.37~0.42m/min之间。
3.在轴承钢GCr15连铸过程中控制合适的压下量,能使铸坯在冷去的液相穴末端对铸坯实施一定的下压量,从而可以补偿或是抵消掉铸坯由于凝固而产生的收缩量,抑制因凝固收缩而引起的含有大量偏析元素的未凝固钢液向连铸坯的中心位置流动,从而达到改善铸坯缩孔和中心偏析的缺陷。我国某大型钢厂生产轴承钢GCr15连铸机的总压下量为6mm。
参考文献:
[1]宋志敏,张虹.我国轴承钢生产及质量现状[J].钢铁研究学报,2009(4).
[2]刘浏.轴承钢产品质量与生产工艺研究[J].河南冶金,2003(3).
[3]朱苗勇.现代冶金学[M].冶金工业出版社,2005(9).
[4]王洋.吹炼工艺技术应用[J].黑龙江冶金,2009(2).
[5]陈建斌.炉外处理[M].冶金工业出版社,2008(10).
[6]贺道中.连续铸造[M].冶金工业出版社,2007(9).
[7]宋满堂.转炉矩形坯生产轴承钢GCr15工艺技术研究[J].2011(1).

[8]宋满堂,王会忠,徐明.本钢转炉矩形坯连铸生产GCrl5试验[J].2009(2).


来源:《学周刊》2015年01期

作者:马永顺 孙雪影


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