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連鑄軸承鋼管坯的研究與開發
中國軸承網 發布時間:2006/11/12
寶鋼集團上海五鋼有限公司(以下簡稱上海五鋼)自上世紀80年代以來一直跟蹤世界軸承鋼連鑄技術動態。1997年，上海五鋼100t直流電爐—100t鋼包爐—100t真空爐—5流連鑄機生產線和相應的加熱—軋制生產線上成功地開發了軸承鋼的小方坯連鑄—加熱軋制技術。2000年，為了進一步調整軸承鋼品種結構和降低生產成本，充分發揮該生產線的產能，開發了連鑄軸承鋼管坯的工藝流程，并圍繞該工藝流程進行研究，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于模鑄軸承鋼材，取得顯著的經濟效益。
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流連鑄機澆注220amm×220mm方坯—三段推鋼連續式加熱爐—橫列式500軋機軋制φ55-75mm軸承鋼管坯；或5流連鑄機澆注140mmxl40mm方坯—梁式全步進三段加熱爐—17機架半連續式軋機軋制950mm以下成品材。
煉鋼—連鑄的主要設備參數如下：
(1)電爐。公稱容量：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。結構型式：罐式；噴射泵數量：6+3級；極限真空度：26Pa。
(4)連鑄機。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：結晶器和凝固末端。
(5)三段推鋼連續式加熱爐。爐型：三段推鋼連續式；爐底有效面積：長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。軋制力矩：294kN；輥身長度：1 500mm；軋輥直徑：530~580mm；機架形式：半閉口式加強型軋機；主電機功率：1 700kW。
3 煉鋼—連鑄軸承鋼管坯的工藝研究
3．1 鋼液純凈度對連鑄坯質量的影響
對比試驗證實，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于模鑄材。因此，在現有裝備條件下，盡可能改善連鑄材質量，應強調鋼中磷、硫、氧含量和夾雜物的控制。
(1)鋼中磷含量的控制。由于強調了鋼液純凈度，電爐的去磷和出鋼擋渣操作水平有了相當的改善。磷含量在0.010％以下的比例從試驗前期的40％提高到試驗中后期的83％。
(2)鋼中硫含量的控制。鋼中硫含量不僅對鋼液的可澆性有重要影響，而且對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。試驗爐號的硫含量在0.010％以下的比例已達100％；最低的硫含量可達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，在公司企標中明確規定鋼中氧含量應在10×10-6（-6上標）以下。試驗爐號的氧含量在5 ×10-6（-6上標）~9×10-6（-6上標）。
(4)鋼中點狀夾雜的控制。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間內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）>5.0。但其副作用是，這種渣系在缺乏有效的控制手段或經驗的條件下，易使鋼中產生級別較高的點狀夾雜物。為此，對試驗爐號的連鑄軸承鋼，進行精煉渣系、脫氧制度和供氬制度調整，調整后的復合工藝可使風中點狀夾雜物(包括細系和粗系)嚴格控制在1.0級以下。
3．2 過熱度對連鑄坯質量的影響
通過分析過熱度對220×220mm連鑄坯縮孔評級的影響，可知，隨著過熱度的下降，連鑄坯低倍的縮孔情況明顯改善。只要過熱度≤30℃，連鑄坯低倍的縮孔評級組織可達到2.0以下。目前，中間罐鋼水過熱度波動范圍已控制在8.5℃。
3．3 電磁攪拌對連鑄坯質量的影響
為了使電磁攪拌工藝參數達到最優，進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波動范圍從0.88~1.49縮小到1.03—1.20。
中國鋼鐵新聞網 4 軋鋼工藝和壓縮比對連鑄材質量的影響
4．1 加熱爐加熱溫度對連鑄材質量的影響
根據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，采用通過控制爐氣溫度以達到控制料溫的方法，使爐氣均熱溫度控制在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 加熱爐加熱時間對連鑄材質量的影響
根據加熱爐加熱時間對連鑄材的脫碳、帶狀、液析和中松評級范圍的影響，可知，適當增加加熱時間，可使脫碳平均增加0.01mm；但帶狀級別下降了0.2級，中松評級合格率顯著增加。
4．3 壓縮比對連鑄材質量的影響
通過分析壓縮比對連鑄材質量的影響，可知，提高壓縮比，可改善成品材的中松評級。
5 連鑄材料的性能及其質量的研究
5．1 連鑄材與模鋅材對穿管質量的影響
為摸索因連鑄材心部所固有的缺陷對熱穿孔荒管和冷拔管的質量影響，進行了連鑄與模鑄軸承鋼管坯、加工成鋼管的質量對比試驗。
5．1．1 試驗工藝流程
連鑄工藝流程：100tDC爐→100tLF爐→100tVD精煉→5流連鑄220×220mm方坯→三段連續式加熱爐→500軋機軋成φ60mm管坯。
模鑄工藝流程：30tAC爐←40tLFV爐→模鑄3.7t錠→800初軋機開180×180mm方坯→三段連續式加熱爐→500軋機軋成φ60mm督坯。
制管工藝流程：管坯驗收→酸洗精整→切料→二段斜底式加熱爐→50mm穿孔機軋制成φ62mm荒管一球化退火冷拔成6203型號軸承內套圈用鋼管(外套 φ40.6×3.9mm， 內套 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別基本一樣。
5．1．3 連鑄與模鑄管坯的荒管內壁宏觀比較 將荒管(200mm長)縱剖，經熱酸蝕浸宏觀檢查，發現連鑄和模鑄荒管內表面質量并無差異。
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別，除了連鑄材的內壁脫碳層略大于模鑄材、而外壁則相反之外，其他指標完全一樣。
5．2 遵鑄與模鑄管坯的6203型號軸承套圈的壓碎比較試驗
連鑄與模鑄的套圈在制造過程中除常規檢查外，還對重點工序如精溝后探傷量、冷酸、滾道檢驗量均做了增量檢查和套圈壓碎試驗。增量比較試驗表明，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范圍明顯小于模鑄管坯；連鑄管坯的軸承內套圈的壓碎值明顯高于模鑄管坯，而且前者的波動范圍明顯小于后者。說明連鑄管坯的縱向均勻性明顯優于模鑄管坯。
6 結論
(1)上海五廠在1OOt直流電爐—100t鋼包爐—100t真空爐—5流連鑄機—加熱爐—橫列式軋機生產線上，研究開發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于模鑄軸承鋼材，取得顯著的經濟效益。
(2)鋼液純凈度、過熱度、電磁攪拌參數、加熱爐的溫度和時間、連鑄坯的縮孔評級、壓縮比等因素對連鑄管坯質量有較大影響。
(3)連鑄材與模鑄材的穿管質量和軸承套圈質量的對比試驗表明，只要適當地控制連鑄工藝參數(如過熱度、電磁攪拌強度等)，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)對制成的鋼管內壁質量并無影響。壓碎試驗表明，連鑄材的縱向均勻性憂于模鑄材。
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