CN110252981A

CN110252981A - 减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺

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Publication number: CN110252981A
Application number: CN201910496715.3A
Authority: CN
Inventors: 王晓英; 田新中; 逯志方; 和红杰; 王刚; 党爱国; 赵昊乾; 孟耀青; 李永超; 黄翠环
Original assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2019-09-20

Abstract

本发明公开了一种减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺，其采用大倒角结晶器，所得大倒角连铸坯的倒角角度为50°～75°，倒角的斜面长度为60～90mm；采用下述压下工艺：压下的起点位置处于中心固相率fs=0.55～0.65，压下量为1.0～2.0mm；第二个压下辊处中心固相率fs=0.65～0.75，压下量为3.0～5.0mm；第三个压下辊处中心固相率fs=0.75～0.85，压下量为2.0～4.0mm；第四个压下辊处中心固相率fs=0.85～0.95，压下量为2.0～3.0mm；第五个压下辊处中心固相率fs=0.95～1.0，压下量为0～2.0mm。本方法降低了铸坯压下过程中的铸轧压下力，提高了压下效率，从而达到稳定控制轴承钢大方坯的中心偏析、V形偏析、中心疏松、缩孔等质量缺陷的效果。

Description

减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺

技术领域

本发明涉及一种连铸工艺，尤其是一种减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺。

背景技术

CGr15轴承钢为高碳轴承钢，碳含量和合金含量较高，其凝固过程两相区较宽，连铸坯易产生中心偏析、疏松、缩孔等缺陷；且随着连铸坯断面的增大，铸坯凝固时间延长，铸坯产生中心偏析、V形偏析、中心疏松、中心缩孔等内部质量缺陷的倾向性更大。轴承钢铸坯的中心偏析、疏松、缩孔等质量缺陷，在后期的加热、轧制过程中难以被有效消除，在热轧变形时延伸形成碳化物富集带，碳化物带状位于滚道或滚动体中，严重影响轴承的接触疲劳寿命。

对于减轻轴承钢大方坯中心偏析、中心疏松、缩孔等铸坯内部质量缺陷的方法，业内人士做了大量的研究，如M+F-EMS电磁搅拌工艺、中间包加热技术、凝固末端轻压下技术等等。其中凝固末端动态轻压下技术是目前改善铸坯中心偏析、疏松、缩孔等缺陷应用最为广泛有效的手段。大方坯凝固末端轻压下主要依靠空冷区多台拉矫机来完成，拉矫机一般不少于5台，系统最大压力多为20MPa，单辊压下量一般不超过5mm。然而，大断面连铸坯生产过程中，凝固坯壳对压下量的耗散作用随其厚度的增加而倍增，常规的轻压下量已不能渗透至铸坯心部，无法稳定控制轴承钢大方坯的中心偏析、疏松、缩孔等质量缺陷，导致该工艺下生产的连铸坯不能满足高端领域轴承用钢的质量需求。

增大铸轧量，能够有效消除轴承钢大方坯中心偏析、V形偏析、中心疏松、缩孔等内部质量缺陷的发生。在现有工装设备下，增大铸坯压下量，受到了拉矫机最大承受压力的限制。凸辊能够有效避开边部已凝固坯壳的变形抗力，将压力集中在铸坯中心区域，使得铸坯中心区域液芯得到有效挤压，达到较高的压下效率，实现在较小压力下获得较好的压下效果。根据这一理念，国际上已有少数钢铁企业对大方坯连铸机进行了改造升级，实施了凝固末端凸辊压下工艺。凸辊压下工艺能有效消除或减轻大方坯中心偏析、V形偏析、中心疏松、中心缩孔等铸坯内部质量缺陷。然而，凸辊压下工艺存在如下缺点：（1）凸辊压下连铸坯跑偏的问题难以彻底解决，导致铸坯甩废量较大；（2）凸辊压下工艺连铸坯极易产生皮下裂纹；（3）凸辊磨损快，且铸坯表面易产生台阶状、直角状等表面质量缺陷，给后续修磨工序带来较大压力，造成成本大幅增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺，以有效的提升大方坯的质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其采用大倒角结晶器，所得大倒角连铸坯的倒角角度为50°～75°，倒角的斜面长度为60～90mm；

采用下述压下工艺：压下的起点位置处于中心固相率fs=0.55～0.65，压下量为1.0～2.0mm；第二个压下辊处中心固相率fs=0.65～0.75，压下量为3.0～5.0mm；第三个压下辊处中心固相率fs=0.75～0.85，压下量为2.0～4.0mm；第四个压下辊处中心固相率fs=0.85～0.95，压下量为2.0～3.0mm；第五个压下辊处中心固相率fs=0.95～1.0，压下量为0～2.0mm。

本发明所述压下工艺的总压下量为8～14mm。

本发明所述连铸拉速0.65～0.80m/min，中间包钢水过热度10～25℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用大倒角连铸坯减小了铸坯与拉矫辊的接触面积，降低了铸坯压下过程中的铸轧压下力。与传统工艺相比，大倒角工艺连铸坯液压系统可施加较少的作用力实现同等的压下量，也能在拉矫设备最大承受范围内，实现更大的压下量。与凸辊压下工艺相比，在提高铸坯压下效率的同时，有效消除了铸坯拉坯过程的跑偏、凸辊磨损快、易产生皮下裂纹、台阶状、直角状等表面质量缺陷。

本发明与传统的大方坯压下相比，大倒角连铸坯的压下效率可提高30～40%；本发明通过采用复合大倒角结晶器，优化连铸坯的形状，并设计了相应的轴承钢大倒角连铸坯的压下工艺，能够基本消除轴承钢大方坯中心的通道型V形偏析，显著改善轴承钢连铸坯的中心偏析、中心疏松、缩孔，铸坯中心的C极差由原来的平均0.06%降低为≤0.05%、中心疏松≤0.5级比例由原来的38%提高到90%以上，中心缩孔≤0.5级的比例达到100%。另外，大倒角改善了连铸坯的二维传热条件，提高了大方坯在拉坯矫直过程中的角部温度50℃以上，能够有效消除连铸坯角部横裂纹和纵裂纹等铸坯角部缺陷，使连铸坯角部缺陷率控制在0.5%之内。

本发明通过采用复合大倒角结晶器，优化连铸坯的形状，减小铸坯内外弧平面区与压下辊的接触面积，降低铸坯压下过程中的铸轧压下力，提高压下效率，从而达到稳定控制轴承钢大方坯的中心偏析、V形偏析、中心疏松、缩孔等质量缺陷的效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明连铸坯的截面示意图；

图2是本发明实施例1所得产品的横剖表面图；

图3是本发明实施例1所得产品的纵剖表面图；

图4是常规方法所得产品的横剖表面图；

图5是常规方法所得产品的纵剖表面图。

具体实施方式

本减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺适用于C含量为0.95～1.05%、Cr含量为1.4～1.65%、Si含量为0.15～0.35%、Mn含量为0.25～0.45%，断面尺寸≥200mm×200mm的轴承钢连铸大方坯；工艺过程如下所述。

（1）通过采用复合大倒角结晶器，优化连铸坯的形状，大倒角连铸坯的截面示意图如图1所示，倒角的角度为50°～75°，倒角的斜面长度为60～90mm。

（2）大倒角连铸坯在各个压下辊处的固相率fs及压下效率：确定连铸拉矫机各压下辊处的压下量；大倒角连铸坯的总压下量为8～14mm；压下区域到结晶器弯月面的距离在16187mm～21809mm范围内，压下区域总长度为5622mm；各压下辊处铸坯固相率与压下量见表1。

表1：各压下辊处铸坯固相率与压下量

（3）拉坯速度与中间包钢水温度的控制制度：连铸拉速0.65～0.80m/min，采用中间包加热技术，中间包钢水过热度10～25℃，确保铸坯凝固末端位于压下区域。

（4）冷却参数控制：结晶器水量为618～1444L/min，水速为6～10m/s；二冷比水量为0.18～0.28L/kg，压下区间连铸坯表面温度控制在800～950℃，以确保连铸坯压下区域铸坯具有良好的高温延展性能。

（5）结晶器电磁搅拌工艺：电流强度控制为400～500A，频率为1.5～2.4Hz，旋转方式为单向旋转。

实施例1：本减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺具体如下所述。

（1）轴承钢GCr15连铸坯断面尺寸为280mm×325mm，倒角的角度为60°，倒角的斜面长度为75mm；浇注炉次的主要化学成分为（wt）：C 0.98%、Si 0.23%、Mn 0.25%、P 0.011%、S0.003%、Cr 1.45%。

（2）连铸的主要工艺参数见表2和表3。

表2：本实施例的压下参数

表3：本实施例的连铸参数

（3）本实施例所得连铸坯进行检测，铸坯中心的C极差均值为0.045%、中心疏松≤0.5级的比例为92%、中心缩孔≤0.5级的比例为100%，角部缺陷率为0.18%。图2是本实施例所得产品的横剖表面图，图3是纵剖表面图；图4是常规方法所得产品的横剖表面图，图5是纵剖表面图；由图2-5可见，与常规工艺相比，本工艺下生产的大倒角连铸坯的中心线偏析、V形偏析及中心疏松等均有了明显的改善。

实施例2：本减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺具体如下所述。

（1）轴承钢GCr15连铸坯断面尺寸为280mm×325mm，倒角的角度为50°，倒角的斜面长度为90mm；浇注炉次的主要化学成分为（wt）：C 0.95%、Si 0.32%、Mn 0.45%、P 0.010%、S0.004%、Cr 1.58%。

（2）连铸的主要工艺参数见表4和表5。

表4：本实施例的压下参数

表5：本实施例的连铸参数

（3）本实施例所得连铸坯进行检测，铸坯中心的C极差均值为0.042%、中心疏松≤0.5级的比例为95%、中心缩孔≤0.5级的比例为100%，角部缺陷为0.10%。

实施例3：本减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺具体如下所述。

（1）轴承钢GCr15连铸坯断面尺寸为200mm×200mm，倒角的角度为75°，倒角的斜面长度为60mm；浇注炉次的主要化学成分为（wt）：C 1.05%、Si 0.35%、Mn 0.36%、P 0.010%、S0.003%、Cr 1.65%。

（2）连铸的主要工艺参数见表6和表7。

表6：本实施例的压下参数

表7：本实施例的连铸参数

（3）本实施例所得连铸坯进行检测，铸坯中心的C极差均值为0.05%、中心疏松≤0.5级的比例为90%、中心缩孔≤0.5级的比例为100%，角部缺陷率为0.5%。

实施例4：本减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺具体如下所述。

（1）轴承钢GCr15连铸坯断面尺寸为200mm×200mm，倒角的角度为65°，倒角的斜面长度为70mm；浇注炉次的主要化学成分为（wt）：C 0.97%、Si 0.15%、Mn 0.39%、P 0.011%、S0.002%、Cr 1.40%。

（2）连铸的主要工艺参数见表8和表9。

表8：本实施例的压下参数

表9：本实施例的连铸参数

（3）本实施例所得连铸坯进行检测，铸坯中心的C极差均值为0.046%、中心疏松≤0.5级的比例为94%、中心缩孔≤0.5级的比例为100%，角部缺陷率为0.3%。

Claims

1.一种减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺，其特征在于：其采用大倒角结晶器，所得大倒角连铸坯的倒角角度为50°～75°，倒角的斜面长度为60～90mm；

2.根据权利要求1所述的减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺，其特征在于：所述压下工艺的总压下量为8～14mm。

3.根据权利要求1或2所述的减轻轴承钢大方坯内部质量缺陷的连铸工艺，其特征在于：连铸拉速0.65～0.80m/min，中间包钢水过热度10～25℃。