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連鑄軸承鋼管坯的研究與開(kāi)發(fā)
中國(guó)軸承網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2006/11/12
寶鋼集團(tuán)上海五鋼有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海五鋼)自上世紀(jì)80年代以來(lái)一直跟蹤世界軸承鋼連鑄技術(shù)動(dòng)態(tài)。1997年，上海五鋼100t直流電爐—100t鋼包爐—100t真空爐—5流連鑄機(jī)生產(chǎn)線和相應(yīng)的加熱—軋制生產(chǎn)線上成功地開(kāi)發(fā)了軸承鋼的小方坯連鑄—加熱軋制技術(shù)。2000年，為了進(jìn)一步調(diào)整軸承鋼品種結(jié)構(gòu)和降低生產(chǎn)成本，充分發(fā)揮該生產(chǎn)線的產(chǎn)能，開(kāi)發(fā)了連鑄軸承鋼管坯的工藝流程，并圍繞該工藝流程進(jìn)行研究，提高了軸承鋼的純凈度，并使連鑄軸承鋼的碳化物的縱向彌散度優(yōu)于模鑄軸承鋼材，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
2 連鑄軸承鋼管坯的工藝潦程及其主要裝備
連鑄軸承鋼管坯的工藝流程如下：100t直流電爐—100t鋼包爐—100t真空爐—5流連鑄機(jī)澆注220amm×220mm方坯—三段推鋼連續(xù)式加熱爐—橫列式500軋機(jī)軋制φ55-75mm軸承鋼管坯；或5流連鑄機(jī)澆注140mmxl40mm方坯—梁式全步進(jìn)三段加熱爐—17機(jī)架半連續(xù)式軋機(jī)軋制950mm以下成品材。
煉鋼—連鑄的主要設(shè)備參數(shù)如下：
(1)電爐。公稱(chēng)容量：100t；最大電壓：840V；最大電流：92kA；出鋼：EBT。
(2)鋼包爐。變壓器容量：18MVA；二次電壓：320V(最大)；二次電流：38000A(最大)；吹氬流量：500NL/min(最大)。
(3)真空爐。結(jié)構(gòu)型式：罐式；噴射泵數(shù)量：6+3級(jí)；極限真空度：26Pa。
(4)連鑄機(jī)。中間罐容量：20t；澆鑄半徑：10.25m；澆鑄斷面：220×220mm或140×140mm；電磁攪拌：結(jié)晶器和凝固末端。
(5)三段推鋼連續(xù)式加熱爐。爐型：三段推鋼連續(xù)式；爐底有效面積：長(zhǎng)26m，寬2.2m；軌距：800mm；燃料：煤氣；最高爐氣溫度：≤1 350℃。
(6)500三輥橫列式軋機(jī)。軋制力矩：294kN；輥身長(zhǎng)度：1 500mm；軋輥直徑：530~580mm；機(jī)架形式：半閉口式加強(qiáng)型軋機(jī)；主電機(jī)功率：1 700kW。
3 煉鋼—連鑄軸承鋼管坯的工藝研究
3．1 鋼液純凈度對(duì)連鑄坯質(zhì)量的影響
對(duì)比試驗(yàn)證實(shí)，連鑄材的材料疲勞壽命大于模鑄材的根本原因是連鑄材的純凈度要明顯優(yōu)于模鑄材。因此，在現(xiàn)有裝備條件下，盡可能改善連鑄材質(zhì)量，應(yīng)強(qiáng)調(diào)鋼中磷、硫、氧含量和夾雜物的控制。
(1)鋼中磷含量的控制。由于強(qiáng)調(diào)了鋼液純凈度，電爐的去磷和出鋼擋渣操作水平有了相當(dāng)?shù)母纳啤Ａ缀吭?.010％以下的比例從試驗(yàn)前期的40％提高到試驗(yàn)中后期的83％。
(2)鋼中硫含量的控制。鋼中硫含量不僅對(duì)鋼液的可澆性有重要影響，而且對(duì)連鑄坯或連鑄材的中心疏松和中心偏析也有影響。因此，連鑄軸承鋼管坯的硫含量一般控制在0.010％以下。試驗(yàn)爐號(hào)的硫含量在0.010％以下的比例已達(dá)100％；最低的硫含量可達(dá)0.004％。
(3)鋼中氧含量的控制。鋼中氧含量綜合反映了鋼液純凈度的總量水平。因此，在公司企標(biāo)中明確規(guī)定鋼中氧含量應(yīng)在10×10-6（-6上標(biāo)）以下。試驗(yàn)爐號(hào)的氧含量在5 ×10-6（-6上標(biāo)）~9×10-6（-6上標(biāo)）。
(4)鋼中點(diǎn)狀?yuàn)A雜的控制。連鑄軸承鋼工藝決定了精煉工藝必須高效和受控，而且希望在有限的精煉時(shí)間內(nèi)盡可能降低鋼中硫和氧含量。因此，常用的精煉爐渣的CaO/SiO2（2下標(biāo)）>5.0。但其副作用是，這種渣系在缺乏有效的控制手段或經(jīng)驗(yàn)的條件下，易使鋼中產(chǎn)生級(jí)別較高的點(diǎn)狀?yuàn)A雜物。為此，對(duì)試驗(yàn)爐號(hào)的連鑄軸承鋼，進(jìn)行精煉渣系、脫氧制度和供氬制度調(diào)整，調(diào)整后的復(fù)合工藝可使風(fēng)中點(diǎn)狀?yuàn)A雜物(包括細(xì)系和粗系)嚴(yán)格控制在1.0級(jí)以下。
3．2 過(guò)熱度對(duì)連鑄坯質(zhì)量的影響
通過(guò)分析過(guò)熱度對(duì)220×220mm連鑄坯縮孔評(píng)級(jí)的影響，可知，隨著過(guò)熱度的下降，連鑄坯低倍的縮孔情況明顯改善。只要過(guò)熱度≤30℃，連鑄坯低倍的縮孔評(píng)級(jí)組織可達(dá)到2.0以下。目前，中間罐鋼水過(guò)熱度波動(dòng)范圍已控制在8.5℃。
3．3 電磁攪拌對(duì)連鑄坯質(zhì)量的影響
為了使電磁攪拌工藝參數(shù)達(dá)到最優(yōu)，進(jìn)行凝固末端電磁攪拌單向或雙向以及攪拌工藝可使碳偏析指數(shù)波動(dòng)范圍從0.88~1.49縮小到1.03—1.20。
中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng) 4 軋鋼工藝和壓縮比對(duì)連鑄材質(zhì)量的影響
4．1 加熱爐加熱溫度對(duì)連鑄材質(zhì)量的影響
根據(jù)高碳鉻軸承鋼的固相線和液相線之間的范圍較大以及鋼中碳化物的溶解特點(diǎn)，采用通過(guò)控制爐氣溫度以達(dá)到控制料溫的方法，使?fàn)t氣均熱溫度控制在1 150—1 180℃，從而在確保鋼中碳化物，尤其是液析基本消除的前提下，盡可能減少脫碳量。
4．2 加熱爐加熱時(shí)間對(duì)連鑄材質(zhì)量的影響
根據(jù)加熱爐加熱時(shí)間對(duì)連鑄材的脫碳、帶狀、液析和中松評(píng)級(jí)范圍的影響，可知，適當(dāng)增加加熱時(shí)間，可使脫碳平均增加0.01mm；但帶狀級(jí)別下降了0.2級(jí)，中松評(píng)級(jí)合格率顯著增加。
4．3 壓縮比對(duì)連鑄材質(zhì)量的影響
通過(guò)分析壓縮比對(duì)連鑄材質(zhì)量的影響，可知，提高壓縮比，可改善成品材的中松評(píng)級(jí)。
5 連鑄材料的性能及其質(zhì)量的研究
5．1 連鑄材與模鋅材對(duì)穿管質(zhì)量的影響
為摸索因連鑄材心部所固有的缺陷對(duì)熱穿孔荒管和冷拔管的質(zhì)量影響，進(jìn)行了連鑄與模鑄軸承鋼管坯、加工成鋼管的質(zhì)量對(duì)比試驗(yàn)。
5．1．1 試驗(yàn)工藝流程
連鑄工藝流程：100tDC爐→100tLF爐→100tVD精煉→5流連鑄220×220mm方坯→三段連續(xù)式加熱爐→500軋機(jī)軋成φ60mm管坯。
模鑄工藝流程：30tAC爐←40tLFV爐→模鑄3.7t錠→800初軋機(jī)開(kāi)180×180mm方坯→三段連續(xù)式加熱爐→500軋機(jī)軋成φ60mm督坯。
制管工藝流程：管坯驗(yàn)收→酸洗精整→切料→二段斜底式加熱爐→50mm穿孔機(jī)軋制成φ62mm荒管一球化退火冷拔成6203型號(hào)軸承內(nèi)套圈用鋼管(外套 φ40.6×3.9mm， 內(nèi)套 φ25.3×4.5mm)。
5．1．2 連鑄與模鑄管坯的荒管的性能比較
將連鑄與摸鑄管坯的荒管(φ62mm)球化退火后性能相比較，可知，兩種管坯的荒管球化退火后性能級(jí)別基本一樣。
5．1．3 連鑄與模鑄管坯的荒管內(nèi)壁宏觀比較 將荒管(200mm長(zhǎng))縱剖，經(jīng)熱酸蝕浸宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)連鑄和模鑄荒管內(nèi)表面質(zhì)量并無(wú)差異。
5．1．4 連鑄與模鑄管坯的冷拉成品管性能比較
將連鑄與模鑄管坯的冷拉成品管性能相比較，可知，兩種管坯的冷拉成品管球化退火后的性能級(jí)別，除了連鑄材的內(nèi)壁脫碳層略大于模鑄材、而外壁則相反之外，其他指標(biāo)完全一樣。
5．2 遵鑄與模鑄管坯的6203型號(hào)軸承套圈的壓碎比較試驗(yàn)
連鑄與模鑄的套圈在制造過(guò)程中除常規(guī)檢查外，還對(duì)重點(diǎn)工序如精溝后探傷量、冷酸、滾道檢驗(yàn)量均做了增量檢查和套圈壓碎試驗(yàn)。增量比較試驗(yàn)表明，連鑄與模鑄管坯的套圈的性能全部合格；連鑄管坯的軸承外套圈的壓碎值的波動(dòng)范圍明顯小于模鑄管坯；連鑄管坯的軸承內(nèi)套圈的壓碎值明顯高于模鑄管坯，而且前者的波動(dòng)范圍明顯小于后者。說(shuō)明連鑄管坯的縱向均勻性明顯優(yōu)于模鑄管坯。
6 結(jié)論
(1)上海五廠在1OOt直流電爐—100t鋼包爐—100t真空爐—5流連鑄機(jī)—加熱爐—橫列式軋機(jī)生產(chǎn)線上，研究開(kāi)發(fā)了連鑄軸承鋼管坯的工藝流程，提高了軸承鋼的純凈度，并使軸承鋼的碳化物的縱向彌散度優(yōu)于模鑄軸承鋼材，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
(2)鋼液純凈度、過(guò)熱度、電磁攪拌參數(shù)、加熱爐的溫度和時(shí)間、連鑄坯的縮孔評(píng)級(jí)、壓縮比等因素對(duì)連鑄管坯質(zhì)量有較大影響。
(3)連鑄材與模鑄材的穿管質(zhì)量和軸承套圈質(zhì)量的對(duì)比試驗(yàn)表明，只要適當(dāng)?shù)乜刂七B鑄工藝參數(shù)(如過(guò)熱度、電磁攪拌強(qiáng)度等)，再配以一定的壓縮比，連鑄材心部所固有的缺陷(如疏松、偏析等)對(duì)制成的鋼管內(nèi)壁質(zhì)量并無(wú)影響。壓碎試驗(yàn)表明，連鑄材的縱向均勻性憂于模鑄材。
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