CN114669724A - 连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轴承钢生产技术领域，具体涉及一种连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法。采用连铸工艺浇注，配以合适的连铸工艺参数，在铸坯糊状区固相率0.3‑0.8区间实施25mm压下，获得碳偏析指数低、低倍质量好的优质连铸坯，红送至轧钢厂，在五段式加热炉进行加热、开坯轧制，轧坯精整后进行二次高温扩散，经多道次轧制成材。经工业化生产验证，采用本发明方法轧制的轴承钢，可有效降低碳化物级别，满足心部碳化物带状评级≤7.2，且碳化物颗粒更加弥散，碳化物网状评级≤5.2，碳化物液析评级6.0，具有节能降耗，绿色高效、疲劳寿命高的特点。
Description
技术领域
本发明属于轴承钢生产技术领域，具体涉及一种连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法。
背景技术
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。其中，风电钢球用钢要求更高，风电钢球用钢主要用于制造偏航轴承和变浆轴承，风电轴承的工况条件比较恶劣，经受温度、湿度和载荷变化范围很大，且由于吊装和更换轴承极为不便且成本较高(一次安装拆卸费用即高达几十万到上百万)。其中，碳化物带状作为影响轴承钢球疲劳寿命的重要指标，往往由于工艺水平及装备的限制，生产企业无法有效的控制碳化物的偏析，碳化物的改善则成为轴承钢生产企业的亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法，具体步骤如下：
(1)本发明轴承钢的元素组成为：C：0.98-1.05％，Si：0.20-0.35％，Mn：0.30-0.50％，Cr：1.35-1.60％，Cu：0.05-0.20％，Mo≤0.06％，Ni≤0.20％，Al：0.005～0.030％，P≤0.025％，S：0.02-0.10％，Ca≤0.0005％，Ti≤0.0030％，其余为铁。
(2)采用配有动态轻压下的连铸机浇注，配以合适的过热度、拉速、首末端电磁搅拌、二冷参数、动态轻压下参数，获得碳偏析指数为0.97-1.05、低倍质量好的优质连铸坯；
采用坯型285mm*325mm铸坯，控制15-25℃低过热度浇注；
连铸工艺拉速为0.85-0.95m/min，结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌采用强搅拌模式，以低倍不出现白亮带为宜，二冷模式为强冷Hard-0.35，动态轻压下模式为GCr15-HighC-25，在铸坯糊状区固相率0.3-0.8区间实施25mm压下，压下率为8.8％；
(3)连铸钢坯红送轧钢进炉，在五段式加热炉进行第一次加热，预热一段≤850℃，预热二段900-1100℃，加热一段1150-1250℃，加热二段1210℃-1260℃，均热段1210℃-1260℃。
采用红送连铸钢坯入炉，入炉钢坯温度不小于600℃，减少热能损失，同时，可提高预热一段、预热二段、加热一段加热温度，增加高温扩散时间，提高高温扩散效率，生产效率更高；
第一次高温加热采用5段式加热炉进行高温扩散，经过轻压下的铸坯心部质量更加致密，高温扩散效果更好，第二次加热仍为高温加热，经过开坯轧制的钢坯心部缩孔可焊合，组织更加致密，高温扩散过程碳化物溶解、扩散更加充分。
经过25mm压下后的连铸钢坯在1210℃-1260℃温度区间内高温扩散效果更佳，一次碳化物在高温条件下充分的溶解、扩散。
(4)开坯轧制成165mm*165mm方坯，方坯修磨后进加热炉进行第二次加热，预热段800-900℃，加热一段950-1150℃，加热二段1210℃-1260℃，均热段1210℃-1260℃。在1210℃-1260℃再次进行高温扩散后经多道次轧制成成品钢材，开轧温度1080℃-1180℃，采用15#轧机出成品，精轧机终轧温度950℃-1050℃，再结晶区终轧，轧后利用水箱急速冷却，冷却速度≥80℃/s，返红温度620-670℃，抑制二次碳化物的析出。
本发明有益的效果：
(1)采用动态轻压下的连铸机浇注配以合适的过热度、拉速、首末端电磁搅拌、二冷参数、大压下量动态轻压下参数，连铸坯碳偏析指数控制0.97-1.05之间，低倍紧密度更高，经对采用本发明生产的连铸坯缩孔为0级比例达到95％以上，更利于第一次加热时一次碳化物的溶解、扩散，更利于碳化物的控制。
(2)采用连铸坯≥600℃红送进炉加热，减少了缓冷阶段热能的浪费，降低了能源消耗，同时，可避免因担心升温速率快导致开裂的问题，提高了生产效率，也可提高加热一段加热温度，提高高温段占比，长时间的高温加热更利于一次碳化物的溶解、扩散，经过轻压下的铸坯心部质量更加致密，高温扩散效果更好。
(3)第二次加热仍采用高温加热，经过开坯轧制的钢坯心部缩孔可焊合，组织更加致密，高温扩散过程碳化物溶解、扩散更加充分。采用15#轧机出成品，终轧温度950℃-1050℃，再结晶区终轧，轧后利用水箱急速冷却，冷却速度≥80℃/s，返红温度620-670℃，抑制二次碳化物的析出；
(4)采用本发明轧制的轴承钢棒材组织均质化更高，可有效降低碳化物带状、网状、液析级别，满足心部碳化物带状评级≤7.2，且碳化物颗粒更加弥散，碳化物网状评级≤5.2，碳化物液析评级6.0，采用本发明生产的原材料经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)平均值达到3.235×107，远高于一般工艺的6.386×106，具有节能降耗，绿色高效的特点。
附图说明：
图1实施例1生产的轴承钢碳化物组织图；
图2实施例2生产的轴承钢碳化物组织图；
图3实施例3生产的轴承钢碳化物组织图；
图4实施例4生产的轴承钢碳化物组织图；
图5对比例1生产的轴承钢碳化物组织图；
图6对比例2生产的轴承钢碳化物组织图；
图7对比例3生产的轴承钢碳化物组织图；
图8对比例4生产的轴承钢碳化物组织图；
图9对比例5生产的轴承钢碳化物组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
(1)方坯连铸
CCM连铸过程全程采用保护浇注，连铸工艺拉速0.90m/min，结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌采用强搅拌模式，二冷模式为强冷Hard-0.35，动态轻压下模式为GCr15-HighC-25，在铸坯糊状区固相率0.3-0.8区间实施压下；
连铸过热度控制在22℃，采用碳化稻壳+碱性覆盖剂(主要成分：CaO：49.9％，Al2O3：33.4％，SiO2：4.2％，MgO:3％)保护，中包内安装镁质挡墙及稳流器，采用大包长水口氩封保护，压力0.6pa；中间包采用氩封保护0.8pa，压力采用直孔水口浇注，使用轴承钢保护渣(主要成分：CaO：22.0％，SiO2：33.1％，K2O:15.9％，Na2O:17.1％，F:7.4％，MgO:3.3％)，自动加渣系统保证黑渣面操作；连铸坯切割定尺坯后加盖红送至轧钢厂，红送温度640℃；
(2)钢坯第一次加热
钢坯红送进炉，钢坯进炉温度610℃，在五段式加热炉进行加热，预热一段800℃，预热二段900-1050℃，加热一段1180-1250℃，加热二段1200℃-1260℃，均热段1200℃-1260℃。步进节奏400s/支，加热后进行开坯轧制。
(3)第二次加热及轧制
第二次加热采用高温加热，预热段830-880℃，加热一段1180-1250℃，加热二段1200℃-1260℃，均热段1200℃-1260℃。采用15#轧机出成品，终轧前不控温，终轧温度1000-1050℃，再结晶区轧制，轧后利用水箱急速冷却，冷却速度≥80℃/s。1#-3#水箱开度分别为95％、96％、95％，压力分别为9.3kg、9.5kg、9.3kg,5#水箱开度10％，压力2kg；返红温度630-650℃之间。
通过上述方法生产的连铸坯低倍缩孔最大为0级，轧制成的φ45mm的轴承钢棒材，心部碳化物带状评级7.2，带宽29.9μm，且500倍条件下，碳化物颗粒弥散程度高，碳化物网状评级5.2，碳化物液析评级6.0，如图1，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)达到3.41×107。
实施例2
(1)方坯连铸
CCM连铸过程全程采用保护浇注，连铸工艺拉速0.95m/min，结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌采用强搅拌模式，二冷模式为强冷Hard-0.35，动态轻压下模式为GCr15-HighC-25，在铸坯糊状区固相率0.3-0.8区间实施压下；
连铸过热度控制在17℃，采用碳化稻壳+碱性覆盖剂(主要成分：CaO：49.2％，Al2O3：36.8％，SiO2：5.1％，MgO：2.4％)保护，中包内安装镁质挡墙及稳流器，采用大包长水口氩封保护，压力0.6pa；中间包采用氩封保护0.8pa，压力采用直孔水口浇注，使用轴承钢保护渣(主要成分：CaO：20.4％，SiO2：32.5％，K2O:15.6％，Na2O:14.5％，F:8.7％，MgO:2.9％)，自动加渣系统保证黑渣面操作；连铸坯切割定尺坯后加盖红送至轧钢厂，红送温度634℃；
(2)钢坯第一次加热
钢坯红送进炉，钢坯进炉温度607℃，在五段式加热炉进行加热，预热一段830℃，预热二段950-1050℃，加热一段1180-1220℃，加热二段1210℃-1240℃，均热段1210℃-1240℃。步进节奏400s/支，加热后进行开坯轧制。
(3)第二次加热及轧制
第二次加热采用高温加热，预热段850-900℃，加热一段980-1100℃，加热二段1220℃-1260℃，均热段1220℃-1260℃。采用15#轧机出成品，终轧前不控温，终轧温度980-1030℃，再结晶区轧制，轧后利用水箱急速冷却，冷却速度≥80℃/s。1#-3#水箱开度分别为96％、95％、98％，压力分别为9.4kg、9.2kg、9.4kg,5#水箱开度11％，压力2.1kg；返红温度630-650℃之间。
通过上述方法生产的连铸坯低倍缩孔最大为0级，轧制成的φ45mm的轴承钢棒材，心部碳化物带状评级7.2，带宽28.9μm，且500倍条件下，碳化物颗粒弥散程度高，碳化物网状评级5.2，碳化物液析评级6.0，如图2，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)达到3.15×107。
实施例3
(1)方坯连铸
CCM连铸过程全程采用保护浇注，连铸工艺拉速满足0.88m/min，结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌采用强搅拌模式，二冷模式为强冷Hard-0.35，动态轻压下模式为GCr15-HighC-25，在铸坯糊状区固相率0.3-0.8区间实施压下；
连铸过热度控制在25℃，采用碳化稻壳+碱性覆盖剂(主要成分：CaO：50.2％，Al2O3：36.8％，SiO2：5.2％，MgO：2.6％)保护，中包内安装镁质挡墙及稳流器，采用大包长水口氩封保护，压力0.6pa；中间包采用氩封保护0.8pa，压力采用直孔水口浇注，使用轴承钢保护渣(主要成分：CaO：21.3％，SiO2：31.2％，K2O:16.3％，Na2O:16.6％，F:8.2％，MgO:3.1％)，自动加渣系统保证黑渣面操作；连铸坯切割定尺坯后加盖红送至轧钢厂，红送温度640℃；
(2)钢坯第一次加热
钢坯红送进炉，钢坯进炉温度610℃，在五段式加热炉进行加热，预热一段820℃，预热二段950-1050℃，加热一段1150-1210℃，加热二段1210℃-1260℃，均热段1210℃-1260℃。步进节奏400s/支，加热后进行开坯轧制。
(3)第二次加热及轧制
第二次加热采用高温加热，预热段830-860℃，加热一段1000-1120℃，加热二段1200℃-1240℃，均热段1210℃-1250℃。采用15#轧机出成品，终轧前不控温，终轧温度1000-1040℃，再结晶区轧制，轧后利用水箱急速冷却，冷却速度≥80℃/s。1#-3#水箱开度为97％、96％、95％，压力为9.0kg、9.2kg、9.0kg,5#水箱开度10％，压力2.0kg；返红温度640-660℃之间。
通过上述方法生产的连铸坯低倍缩孔最大为0级，轧制成的φ45mm的轴承钢棒材，心部碳化物带状评级7.2，带宽29.6μm，且500倍条件下，碳化物颗粒弥散程度高，碳化物网状评级5.2，碳化物液析评级6.0，如图3，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)达到3.08×107。
实施例4
(1)方坯连铸
CCM连铸过程全程采用保护浇注，连铸工艺拉速满足0.90m/min，结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌采用强搅拌模式，二冷模式为强冷Hard-0.35，动态轻压下模式为GCr15-HighC-25，在铸坯糊状区固相率0.3-0.8区间实施压下；
连铸过热度控制在20℃，采用碳化稻壳+碱性覆盖剂(主要成分：CaO：50.9％，Al2O3：36.9％，SiO2：4.4％，MgO:2.2％)保护，中包内安装镁质挡墙及稳流器，采用大包长水口氩封保护，压力0.6pa；中间包采用氩封保护0.8pa，压力采用直孔水口浇注，使用轴承钢保护渣(主要成分：CaO：19.8％，SiO2：30.9％，K2O:17.0％，Na2O:16.6％，F:6.9％，MgO:3.5％)，自动加渣系统保证黑渣面操作；连铸坯切割定尺坯后加盖红送至轧钢厂，红送温度650℃；
(2)钢坯第一次加热
钢坯红送进炉，钢坯进炉温度615℃，在五段式加热炉进行加热，预热一段840℃，预热二段920-1050℃，加热一段1150-1210℃，加热二段1210℃-1250℃，均热段1210℃-1250℃。步进节奏400s/支，加热后进行开坯轧制。
(3)第二次加热及轧制
第二次加热采用高温加热，预热段850-880℃，加热一段1180-1250℃，加热二段1210℃-1260℃，均热段1200℃-1250℃。采用15#轧机出成品，终轧前不控温，终轧温度990-1050℃，再结晶区轧制，轧后利用水箱急速冷却，冷却速度≥80℃/s。1#-3#水箱开度95％、95％、96％，压力9.0kg、9.3kg、9.1kg,5#水箱开度≥11％，压力2.1kg；返红温度630-670℃之间。
通过上述方法生产的连铸坯低倍缩孔最大为0级，轧制成的φ45mm的轴承钢棒材，心部碳化物带状评级7.2，带宽30.0μm，且500倍条件下，碳化物颗粒弥散程度高，碳化物网状评级5.2，碳化物液析评级6.0，如图4，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)达到3.30×107。
对比例1
对比例1与实施例1相比，区别在：动态轻压下模式为GCr15-HighB-11，其他条件同实施例1；
对比例1得到连铸坯低倍缩孔最大为1.0级，轴承钢棒材碳化物带状评级7.6-7.7，碳化物带宽达到168.83μm，500X条件下碳化物颗粒聚集，碳化物液析评级6.0，碳化物网状评级5.4，如图5，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)为5.62×106。
对比例2
对比例2与实施例1相比，区别在于：连铸拉速为0.75m/min，其他条件同实施例1；
对比例2得到连铸坯低倍缩孔最大为0.5级，轧制成的轴承钢碳化物带状评级7.4-7.6，碳化物带宽达到87.36μm，500X条件下碳化物颗粒聚集，碳化物液析评级6.0，碳化物网状评级5.4，如图6，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)为7.01×106。
对比例3
对比例3与实施例1相比，主要区别在于：冷却模式为弱冷Soft-0.14，其他条件同实施例1；
对比例3得到连铸坯低倍缩孔最大为1.5级，轧制成的轴承钢棒材碳化物带状评级7.4-7.5，碳化物带宽达到102.1μm，500X条件下碳化物颗粒聚集，碳化物液析评级6.0，碳化物网状评级5.4，如图7，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)为6.61×106。
对比例4
对比例4与实施例1相比，主要区别在于：钢坯为冷坯入炉，入炉温度≤150℃，第一次加热为高温加热,预热一段840℃，预热二段920-1050℃，加热一段1150-1210℃，加热二段1210℃-1250℃，均热段1210℃-1250℃。第二次加热为低温加热,预热段730-750℃，加热一段850-900℃，加热二段1000-1080℃，均热段1000-1080℃。其他条件同实施例1；
对比例4得到连铸坯低倍缩孔最大为0级，轧制成的轴承钢棒材碳化物带状评级7.4-7.5，碳化物带宽达到93.68μm，500X条件下碳化物颗粒聚集，碳化物液析评级6.0，碳化物网状评级5.3，如图8，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)为5.89×106。
对比例5
对比例5与实施例1相比，主要区别在于：终轧温度880℃，返红温度730℃，其他条件同实施例1；
对比例5得到连铸坯低倍缩孔最大为0.5级，轧制成的轴承钢棒材碳化物带状评级7.3-7.4，碳化物带宽达到68.37μm，500X条件下碳化物颗粒聚集，碳化物液析评级6.0，碳化物网状评级5.6，如图9，经测试接触疲劳寿命的额定寿命(L10)为6.80×106。
Claims (8)
1.一种连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法，其特征在于，所述控制方法步骤如下：
(1)采用配有动态轻压下的连铸机浇注，在铸坯糊状区固相率0.3-0.8区间实施25mm压下，获得碳偏析指数为0.97-1.05、低倍质量好的优质连铸坯；
(2)连铸钢坯红送轧钢进炉，在五段式加热炉进行第一次加热；
(3)开坯轧制成165mm*165mm方坯，方坯修磨后进加热炉进行第二次加热，再次进行高温扩散后经多道次轧制成成品钢材，轧后利用水箱急速冷却，抑制二次碳化物的析出。
2.如权利要求1所述的连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法，其特征在于，采用坯型285mm*325mm铸坯，过热度控制为15-25℃。
3.如权利要求1所述的连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法，其特征在于，连铸拉速为0.85-0.95m/min，结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌采用强搅拌模式，二冷模式为强冷Hard-0.35，动态轻压下模式为GCr15-HighC-25，总压下量为25mm，压下率为8.8％。
4.如权利要求1所述的连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法，其特征在于，采用红送连铸钢坯入炉，入炉钢坯温度不小于600℃；第一次加热预热一段≤850℃，预热二段900-1100℃，加热一段1150-1250℃，加热二段1210℃-1260℃，均热段1210℃-1260℃。
5.如权利要求1所述的连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法，其特征在于，第二次加热，预热段800-900℃，加热一段950-1150℃，加热二段1210℃-1260℃，均热段1210℃-1260℃。
6.如权利要求1所述的连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法，其特征在于，开轧温度1080℃-1180℃，采用15#轧机出成品，终轧温度950℃-1050℃，再结晶区终轧。
7.如权利要求1所述的连铸连轧工艺生产大规格风电轴承钢碳化物的控制方法，其特征在于，冷却速度≥80℃/s，返红温度620-670℃。
8.如权利要求1所述方法得到的风电轴承钢，其特征在于，轴承钢的元素组成为：C：0.98-1.05％，Si：0.20-0.35％，Mn：0.30-0.50％，Cr：1.35-1.60％，Cu：0.05-0.20％，Mo≤0.06％，Ni≤0.20％，Al：0.005～0.030％，P≤0.025％，S：0.02-0.10％，Ca≤0.0005％，Ti≤0.0030％，其余为铁。
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