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连铸轴承钢管坯的研究与开发
中国轴承网 发布时间:2006/11/12
宝钢集团上海五钢有限公司(以下简称上海五钢)自上世纪80年代以来一直跟踪世界轴承钢连铸技术动态。1997年，上海五钢100t直流电炉—100t钢包炉—100t真空炉—5流连铸机生产线和相应的加热—轧制生产线上成功地开发了轴承钢的小方坯连铸—加热轧制技术。2000年，为了进一步调整轴承钢品种结构和降低生产成本，充分发挥该生产线的产能，开发了连铸轴承钢管坯的工艺流程，并围绕该工艺流程进行研究，提高了轴承钢的纯净度，并使连铸轴承钢的碳化物的纵向弥散度优于模铸轴承钢材，取得显著的经济效益。
2 连铸轴承钢管坯的工艺潦程及其主要装备
连铸轴承钢管坯的工艺流程如下：100t直流电炉—100t钢包炉—100t真空炉—5流连铸机浇注220amm×220mm方坯—三段推钢连续式加热炉—横列式500轧机轧制φ55-75mm轴承钢管坯；或5流连铸机浇注140mmxl40mm方坯—梁式全步进三段加热炉—17机架半连续式轧机轧制950mm以下成品材。
炼钢—连铸的主要设备参数如下：
(1)电炉。公称容量：100t；最大电压：840V；最大电流：92kA；出钢：EBT。
(2)钢包炉。变压器容量：18MVA；二次电压：320V(最大)；二次电流：38000A(最大)；吹氩流量：500NL/min(最大)。
(3)真空炉。结构型式：罐式；喷射泵数量：6+3级；极限真空度：26Pa。
(4)连铸机。中间罐容量：20t；浇铸半径：10.25m；浇铸断面：220×220mm或140×140mm；电磁搅拌：结晶器和凝固末端。
(5)三段推钢连续式加热炉。炉型：三段推钢连续式；炉底有效面积：长26m，宽2.2m；轨距：800mm；燃料：煤气；最高炉气温度：≤1 350℃。
(6)500三辊横列式轧机。轧制力矩：294kN；辊身长度：1 500mm；轧辊直径：530~580mm；机架形式：半闭口式加强型轧机；主电机功率：1 700kW。
3 炼钢—连铸轴承钢管坯的工艺研究
3．1 钢液纯净度对连铸坯质量的影响
对比试验证实，连铸材的材料疲劳寿命大于模铸材的根本原因是连铸材的纯净度要明显优于模铸材。因此，在现有装备条件下，尽可能改善连铸材质量，应强调钢中磷、硫、氧含量和夹杂物的控制。
(1)钢中磷含量的控制。由于强调了钢液纯净度，电炉的去磷和出钢挡渣操作水平有了相当的改善。磷含量在0.010％以下的比例从试验前期的40％提高到试验中后期的83％。
(2)钢中硫含量的控制。钢中硫含量不仅对钢液的可浇性有重要影响，而且对连铸坯或连铸材的中心疏松和中心偏析也有影响。因此，连铸轴承钢管坯的硫含量一般控制在0.010％以下。试验炉号的硫含量在0.010％以下的比例已达100％；最低的硫含量可达0.004％。
(3)钢中氧含量的控制。钢中氧含量综合反映了钢液纯净度的总量水平。因此，在公司企标中明确规定钢中氧含量应在10×10-6（-6上标）以下。试验炉号的氧含量在5 ×10-6（-6上标）~9×10-6（-6上标）。
(4)钢中点状夹杂的控制。连铸轴承钢工艺决定了精炼工艺必须高效和受控，而且希望在有限的精炼时间内尽可能降低钢中硫和氧含量。因此，常用的精炼炉渣的CaO/SiO2（2下标）>5.0。但其副作用是，这种渣系在缺乏有效的控制手段或经验的条件下，易使钢中产生级别较高的点状夹杂物。为此，对试验炉号的连铸轴承钢，进行精炼渣系、脱氧制度和供氩制度调整，调整后的复合工艺可使风中点状夹杂物(包括细系和粗系)严格控制在1.0级以下。
3．2 过热度对连铸坯质量的影响
通过分析过热度对220×220mm连铸坯缩孔评级的影响，可知，随着过热度的下降，连铸坯低倍的缩孔情况明显改善。只要过热度≤30℃，连铸坯低倍的缩孔评级组织可达到2.0以下。目前，中间罐钢水过热度波动范围已控制在8.5℃。
3．3 电磁搅拌对连铸坯质量的影响
为了使电磁搅拌工艺参数达到最优，进行凝固末端电磁搅拌单向或双向以及搅拌工艺可使碳偏析指数波动范围从0.88~1.49缩小到1.03—1.20。
中国钢铁新闻网 4 轧钢工艺和压缩比对连铸材质量的影响
4．1 加热炉加热温度对连铸材质量的影响
根据高碳铬轴承钢的固相线和液相线之间的范围较大以及钢中碳化物的溶解特点，采用通过控制炉气温度以达到控制料温的方法，使炉气均热温度控制在1 150—1 180℃，从而在确保钢中碳化物，尤其是液析基本消除的前提下，尽可能减少脱碳量。
4．2 加热炉加热时间对连铸材质量的影响
根据加热炉加热时间对连铸材的脱碳、带状、液析和中松评级范围的影响，可知，适当增加加热时间，可使脱碳平均增加0.01mm；但带状级别下降了0.2级，中松评级合格率显著增加。
4．3 压缩比对连铸材质量的影响
通过分析压缩比对连铸材质量的影响，可知，提高压缩比，可改善成品材的中松评级。
5 连铸材料的性能及其质量的研究
5．1 连铸材与模锌材对穿管质量的影响
为摸索因连铸材心部所固有的缺陷对热穿孔荒管和冷拔管的质量影响，进行了连铸与模铸轴承钢管坯、加工成钢管的质量对比试验。
5．1．1 试验工艺流程
连铸工艺流程：100tDC炉→100tLF炉→100tVD精炼→5流连铸220×220mm方坯→三段连续式加热炉→500轧机轧成φ60mm管坯。
模铸工艺流程：30tAC炉←40tLFV炉→模铸3.7t锭→800初轧机开180×180mm方坯→三段连续式加热炉→500轧机轧成φ60mm督坯。
制管工艺流程：管坯验收→酸洗精整→切料→二段斜底式加热炉→50mm穿孔机轧制成φ62mm荒管一球化退火冷拔成6203型号轴承内套圈用钢管(外套 φ40.6×3.9mm， 内套 φ25.3×4.5mm)。
5．1．2 连铸与模铸管坯的荒管的性能比较
将连铸与摸铸管坯的荒管(φ62mm)球化退火后性能相比较，可知，两种管坯的荒管球化退火后性能级别基本一样。
5．1．3 连铸与模铸管坯的荒管内壁宏观比较 将荒管(200mm长)纵剖，经热酸蚀浸宏观检查，发现连铸和模铸荒管内表面质量并无差异。
5．1．4 连铸与模铸管坯的冷拉成品管性能比较
将连铸与模铸管坯的冷拉成品管性能相比较，可知，两种管坯的冷拉成品管球化退火后的性能级别，除了连铸材的内壁脱碳层略大于模铸材、而外壁则相反之外，其他指标完全一样。
5．2 遵铸与模铸管坯的6203型号轴承套圈的压碎比较试验
连铸与模铸的套圈在制造过程中除常规检查外，还对重点工序如精沟后探伤量、冷酸、滚道检验量均做了增量检查和套圈压碎试验。增量比较试验表明，连铸与模铸管坯的套圈的性能全部合格；连铸管坯的轴承外套圈的压碎值的波动范围明显小于模铸管坯；连铸管坯的轴承内套圈的压碎值明显高于模铸管坯，而且前者的波动范围明显小于后者。说明连铸管坯的纵向均匀性明显优于模铸管坯。
6 结论
(1)上海五厂在1OOt直流电炉—100t钢包炉—100t真空炉—5流连铸机—加热炉—横列式轧机生产线上，研究开发了连铸轴承钢管坯的工艺流程，提高了轴承钢的纯净度，并使轴承钢的碳化物的纵向弥散度优于模铸轴承钢材，取得显著的经济效益。
(2)钢液纯净度、过热度、电磁搅拌参数、加热炉的温度和时间、连铸坯的缩孔评级、压缩比等因素对连铸管坯质量有较大影响。
(3)连铸材与模铸材的穿管质量和轴承套圈质量的对比试验表明，只要适当地控制连铸工艺参数(如过热度、电磁搅拌强度等)，再配以一定的压缩比，连铸材心部所固有的缺陷(如疏松、偏析等)对制成的钢管内壁质量并无影响。压碎试验表明，连铸材的纵向均匀性忧于模铸材。
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