一、軸承(cheng)鋼GCr15生產工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)
目前，中國(guo)大部(bu)分煉鋼(gang)廠均采(cai)用轉爐(lu)生產軸承鋼(gang)GCr15矩(ju)形連鑄坯，其生產工藝流程為：高爐(lu)鐵水(shui)的(de)氧化脫(tuo)硫→立(li)式轉爐(lu)煉鋼(gang)→LF爐(lu)精煉→RH爐(lu)精煉→矩(ju)形坯的(de)連續鑄鋼(gang)→保(bao)溫送特鋼(gang)廠進(jin)行(xing)特色處理。
國內特鋼廠處理軸承鋼GCr15矩形坯的生產工藝流程為：鑄坯的加熱→熱送至（800/650）棒材連軋機組→棒材的保溫→送修磨工段→送質量檢驗車間→成品鋼材的包裝入庫→發貨。鐵水要求進行預處理并且要求進行行脫硫和扒渣處理；轉爐煉鋼的主要任務是控制磷元素、硫元素等的含量，完成鋼材主要化學成分的合金化；LF爐熔煉的最主要目的是造還原性爐渣并完成鋼液化學成分的調整；RH爐進行真空操作的目的是脫除鋼液內殘留的氣體、去除殘留夾雜物、控制鋼液溫度等；矩形坯連鑄機的主要任務是保護連續澆注、控制鑄坯低倍組織和鑄坯質量。
二、能夠影響到軸承鋼GCr15矩形(xing)連鑄坯低倍質量的(de)因素
（一）實(shi)驗(yan)正(zheng)交設計方(fang)案
1.二(er)(er)(er)冷(leng)(leng)(leng)水(shui)量(liang)。針對(dui)連(lian)(lian)鑄(zhu)(zhu)(zhu)機二(er)(er)(er)次冷(leng)(leng)(leng)卻(que)區(qu)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)對(dui)矩形(xing)連(lian)(lian)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)縮(suo)孔的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)小(xiao)、多少的(de)(de)(de)(de)(de)影響，我(wo)(wo)國(guo)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)鐵廠對(dui)其有(you)(you)(you)著(zhu)不一(yi)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)觀點。例(li)如，我(wo)(wo)國(guo)某(mou)鋼(gang)(gang)鐵廠（廠一(yi)）生(sheng)產小(xiao)方坯(pi)(pi)高(gao)碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產實踐經驗表明(ming)(ming)：在(zai)二(er)(er)(er)冷(leng)(leng)(leng)區(qu)采用了(le)電磁攪拌時(shi)，隨著(zhu)二(er)(er)(er)冷(leng)(leng)(leng)區(qu)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)強(qiang)，連(lian)(lian)鑄(zhu)(zhu)(zhu)小(xiao)方坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)心(xin)縮(suo)孔、中(zhong)(zhong)心(xin)偏析(xi)都有(you)(you)(you)非(fei)(fei)常(chang)明(ming)(ming)顯減弱，鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)也(ye)得(de)到了(le)明(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)改善。但是，隨著(zhu)二(er)(er)(er)次冷(leng)(leng)(leng)卻(que)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)強(qiang)度(du)(du)繼續增(zeng)強(qiang)到一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候，矩形(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)內部的(de)(de)(de)(de)(de)縮(suo)孔、縮(suo)松(song)反而變得(de)更加(jia)嚴重(zhong)，而且鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)間(jian)出(chu)現比較嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)裂紋。因此可(ke)(ke)以得(de)出(chu)結(jie)論：適當地增(zeng)強(qiang)二(er)(er)(er)冷(leng)(leng)(leng)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)強(qiang)度(du)(du)，不但可(ke)(ke)以使鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)內部組(zu)織晶粒(li)細化，而且可(ke)(ke)以縮(suo)短鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)在(zai)凝(ning)(ning)固時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)相(xiang)穴的(de)(de)(de)(de)(de)深(shen)度(du)(du)（液(ye)(ye)相(xiang)深(shen)度(du)(du)），增(zeng)加(jia)了(le)連(lian)(lian)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)外層冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)坯(pi)(pi)殼的(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)(du)，從而大(da)大(da)降低了(le)該鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)鼓肚量(liang)。連(lian)(lian)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)在(zai)凝(ning)(ning)固時(shi)“液(ye)(ye)相(xiang)深(shen)度(du)(du)”的(de)(de)(de)(de)(de)縮(suo)短，這對(dui)于(yu)鋼(gang)(gang)水(shui)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)補縮(suo)是非(fei)(fei)常(chang)有(you)(you)(you)利(li)的(de)(de)(de)(de)(de)，因此可(ke)(ke)以降低鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)在(zai)產生(sheng)過(guo)程中(zhong)(zhong)出(chu)現V字形(xing)偏析(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)能性(xing)。我(wo)(wo)國(guo)某(mou)鋼(gang)(gang)鐵廠（廠二(er)(er)(er)）則對(dui)其有(you)(you)(you)著(zhu)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)觀點，鋼(gang)(gang)鐵廠（廠二(er)(er)(er)）認為(wei)：增(zeng)加(jia)二(er)(er)(er)次冷(leng)(leng)(leng)卻(que)區(qu)域冷(leng)(leng)(leng)卻(que)的(de)(de)(de)(de)(de)段數(shu)，可(ke)(ke)以使矩形(xing)連(lian)(lian)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)在(zai)凝(ning)(ning)固的(de)(de)(de)(de)(de)末端(duan)產生(sheng)體積(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)應收縮(suo)，因此，對(dui)于(yu)減輕鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)心(xin)縮(suo)松(song)和縮(suo)孔危(wei)害(hai)是非(fei)(fei)常(chang)有(you)(you)(you)利(li)的(de)(de)(de)(de)(de)[5]。
我國某大型煉鋼廠在最(zui)開始生產軸承鋼GCr15的時(shi)候，所采用(yong)二次冷卻的比水量為(wei)0.21×10-3m3/kg，試驗的過程(cheng)是在其他影響條件都相同的情況(kuang)下(xia)，對（0.15、0.20、0.23、0.26）×10-3m3/kg不同的比水量的情況(kuang)下(xia)進行了對比試驗。
2.拉(la)速(su)。某鋼廠矩形坯(pi)連(lian)鑄機原始設計的軸承鋼工藝(yi)拉(la)速(su)為（0.45～0.50）m/min，鑄坯(pi)拉(la)速(su)選取(qu)兩(liang)個(ge)檔次0.45m/min和0.50m/min。
3.壓(ya)下(xia)(xia)(xia)量。某鋼廠(chang)原設(she)計的(de)軸承鋼GCr15的(de)壓(ya)下(xia)(xia)(xia)總量為(wei)4.5mm，在此(ci)壓(ya)下(xia)(xia)(xia)量范圍(wei)內，為(wei)選擇一個更加合(he)適壓(ya)下(xia)(xia)(xia)量，壓(ya)下(xia)(xia)(xia)量分別(bie)選定(ding)為(wei)1mm、2mm、3mm和4mm。
4.正交(jiao)設計。
（二(er)）比水量對鑄坯低倍質量的影響分析
通過正(zheng)交設(she)計(ji)，按照(zhao)表1.1比(bi)水量、壓(ya)下(xia)量和拉速(su)正(zheng)交設(she)計(ji)試(shi)驗(yan)方案進行(xing)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)，其得(de)到的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)結果的(de)(de)(de)數(shu)據表明，在其他連鑄工(gong)藝的(de)(de)(de)控制條件均都相同的(de)(de)(de)情況下(xia)，隨(sui)著二次冷去的(de)(de)(de)冷水量增大(da)，連鑄坯的(de)(de)(de)冷卻速(su)度加快，這樣有利于提高矩形連鑄坯低(di)倍質(zhi)量，尤(you)其是對于降低(di)鑄坯中心疏松(song)缺陷和縮(suo)孔(kong)等缺陷效(xiao)果特(te)別(bie)明顯(xian)。
另外(wai)，通(tong)過(guo)這次正交試(shi)驗結果我(wo)們還可以知(zhi)道：當二冷(leng)區冷(leng)卻強度(du)增長到一(yi)定強度(du)時(shi)，連鑄(zhu)(zhu)坯出現的中(zhong)心偏(pian)析程度(du)反而(er)會出現偏(pian)高的現象。因此得(de)出：連鑄(zhu)(zhu)過(guo)程中(zhong)二次冷(leng)卻的冷(leng)卻水量(liang)(liang)(liang)也(ye)不易(yi)過(guo)大，過(guo)大反而(er)影響鑄(zhu)(zhu)坯質量(liang)(liang)(liang)。由試(shi)驗結果可得(de)一(yi)個比(bi)較合適(shi)的二冷(leng)比(bi)水量(liang)(liang)(liang)為0.27×10-3m3/kg，在此比(bi)水量(liang)(liang)(liang)進行冷(leng)卻時(shi)得(de)到的鑄(zhu)(zhu)坯質量(liang)(liang)(liang)最佳。
（三）拉速對鑄(zhu)坯低倍(bei)質量的(de)影響分(fen)析(xi)
拉速(su)對鑄(zhu)坯(pi)縮孔的影響補充試驗進(jin)行了3爐，分析三爐鑄(zhu)坯(pi)低倍檢(jian)驗結果可知，連鑄(zhu)坯(pi)縮孔隨著(zhu)拉坯(pi)速(su)度的降低，缺陷率也隨之降低。
但是，在后期(qi)的(de)生(sheng)產(chan)實踐過程(cheng)中，當拉速(su)降(jiang)到(dao)過小(xiao)時(shi)（小(xiao)于了0.35m/min），實驗中矩(ju)形(xing)連(lian)鑄(zhu)坯(pi)的(de)疏松和縮(suo)孔(kong)缺陷(xian)反而變得嚴重。其主要的(de)原因是過小(xiao)的(de)拉速(su)，縮(suo)短(duan)了連(lian)鑄(zhu)坯(pi)的(de)液芯(xin)長度，因此，使(shi)的(de)連(lian)鑄(zhu)坯(pi)在到(dao)達壓下(xia)輥(gun)位(wei)置之(zhi)前(qian)早已經(jing)完全凝固了，這(zhe)樣(yang)輕壓下(xia)的(de)功能基(ji)本失效。因此，最終(zhong)我(wo)廠的(de)連(lian)鑄(zhu)工(gong)藝(yi)拉速(su)確(que)定(ding)在0.37～0.42m/min。又因考慮到(dao)生(sheng)產(chan)效率與產(chan)品質(zhi)量要兼(jian)顧(gu)，最終(zhong)確(que)定(ding)拉坯(pi)速(su)度偏上限，恒(heng)定(ding)在0.42m/min。
（四）連(lian)鑄(zhu)機輕壓下(xia)的壓下(xia)量對連(lian)鑄(zhu)坯低倍質量的影響分析
有(you)連(lian)(lian)(lian)鑄(zhu)機(ji)(ji)輕壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)的(de)壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)量對連(lian)(lian)(lian)鑄(zhu)坯(pi)(pi)縮(suo)孔(kong)和中心疏松缺陷(xian)(xian)影(ying)響的(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)分析表明：在其他連(lian)(lian)(lian)鑄(zhu)工藝控(kong)制的(de)參數都相同的(de)條件(jian)下(xia)(xia)(xia)，隨著連(lian)(lian)(lian)鑄(zhu)機(ji)(ji)壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)量的(de)增大(da)(da)，鑄(zhu)坯(pi)(pi)縮(suo)孔(kong)缺陷(xian)(xian)有(you)所減輕。但在連(lian)(lian)(lian)鑄(zhu)機(ji)(ji)輕壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)的(de)壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)量過大(da)(da)時，反(fan)而會(hui)導致連(lian)(lian)(lian)鑄(zhu)坯(pi)(pi)產(chan)生中間(jian)裂紋。由于本(ben)(ben)次(ci)試(shi)驗(yan)做(zuo)的(de)三次(ci)試(shi)驗(yan)的(de)拉坯(pi)(pi)速(su)度均(jun)(jun)較(jiao)高(gao)，所以，即使增大(da)(da)壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)量，仍然不會(hui)避免上述試(shi)驗(yan)產(chan)出(chu)的(de)鑄(zhu)坯(pi)(pi)出(chu)現縮(suo)孔(kong)的(de)缺陷(xian)(xian)。但是通過本(ben)(ben)次(ci)試(shi)驗(yan)，我們還是可以看出(chu)在總壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)量為6mm時，各壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)輥將(jiang)總壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)量平均(jun)(jun)分配是目前較(jiao)為合理的(de)連(lian)(lian)(lian)鑄(zhu)機(ji)(ji)壓(ya)(ya)下(xia)(xia)(xia)工藝。
（五）工藝(yi)調(diao)整(zheng)完的(de)連鑄鑄坯(pi)的(de)質(zhi)量
通過(guo)對這次試驗結果數據(ju)的(de)分(fen)析，確(que)定(ding)了國內某(mou)大型鋼鐵(tie)廠(chang)用連(lian)鑄機(ji)生(sheng)產軸承鋼GCr15矩形(xing)坯的(de)生(sheng)產工藝(yi)參(can)數為(wei)：二(er)次冷卻的(de)比水量為(wei)0.27×10-3m3/kg；拉坯的(de)速度為(wei)0.37～0.42m/min；連(lian)鑄機(ji)輕壓下(xia)的(de)壓下(xia)總量確(que)定(ding)為(wei)6mm；連(lian)鑄的(de)過(guo)熱度控(kong)制(zhi)在20～30攝氏度之間；連(lian)鑄過(guo)程控(kong)制(zhi)的(de)恒定(ding)拉速為(wei)0.42m/min。
該實驗(yan)鋼鐵廠使(shi)用改(gai)進后(hou)的(de)工藝(yi)參(can)數后(hou)，對于(yu)軸承鋼GCr15矩(ju)形(xing)鑄坯的(de)低(di)倍(bei)(bei)缺陷等(deng)(deng)級中(zhong)(zhong)：中(zhong)(zhong)心疏(shu)松(song)(song)平均等(deng)(deng)級為(wei)0.45-1.55，小于(yu)1.0的(de)等(deng)(deng)級所(suo)占(zhan)的(de)比例為(wei)94.98%。中(zhong)(zhong)心縮(suo)孔的(de)等(deng)(deng)級為(wei)0.10-2.10，小于(yu)1.0所(suo)占(zhan)的(de)比例為(wei)95.78%。通過(guo)實驗(yan)所(suo)得數據可知，改(gai)變了工藝(yi)參(can)數后(hou)，軸承鋼GCr15矩(ju)形(xing)連(lian)鑄坯的(de)低(di)倍(bei)(bei)質(zhi)量缺陷（中(zhong)(zhong)心縮(suo)孔和疏(shu)松(song)(song)等(deng)(deng)）出現幾(ji)率得到顯著的(de)降低(di)。
三、試(shi)驗結論
1.在生產(chan)軸(zhou)承鋼GCr15矩形坯連(lian)鑄(zhu)(zhu)的(de)過(guo)程中，適當的(de)增強二冷強度(du)能有(you)效地(di)縮(suo)短鑄(zhu)(zhu)坯的(de)液相穴深度(du)，因此對于軸(zhou)承鋼鋼水(shui)(shui)的(de)補縮(suo)是非常有(you)利的(de)，從而(er)減(jian)輕了連(lian)鑄(zhu)(zhu)坯的(de)中心縮(suo)松(song)和縮(suo)孔的(de)缺陷。我國某大型煉鋼廠(chang)生產(chan)軸(zhou)承鋼GCr15的(de)二次冷卻比水(shui)(shui)量為(wei)0.27×10-3m3/kg。
2.軸(zhou)承鋼(gang)(gang)GCr15在(zai)(zai)連鑄過程(cheng)中(zhong)(zhong)如(ru)果拉坯(pi)速度過快，連鑄坯(pi)在(zai)(zai)冷(leng)(leng)凝(ning)過程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)液(ye)(ye)相穴較長(chang)，連鑄坯(pi)的(de)(de)中(zhong)(zhong)心縮(suo)孔位(wei)置得不(bu)到(dao)充分(fen)的(de)(de)補(bu)縮(suo)，因此，容易導致(zhi)縮(suo)孔缺陷。但是(shi)，如(ru)果拉坯(pi)速度過低，則鑄坯(pi)在(zai)(zai)冷(leng)(leng)卻過程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)液(ye)(ye)芯長(chang)度會有所縮(suo)短，從而會導致(zhi)連鑄坯(pi)在(zai)(zai)到(dao)達壓(ya)(ya)下(xia)輥位(wei)置時(shi)，就(jiu)早已經完全凝(ning)固了(le)(le)，這樣輕壓(ya)(ya)下(xia)就(jiu)失(shi)去了(le)(le)作(zuo)用，因此，連鑄機(ji)的(de)(de)輕壓(ya)(ya)下(xia)功能就(jiu)是(shi)去了(le)(le)存在(zai)(zai)的(de)(de)意義。我國某大型煉(lian)鋼(gang)(gang)廠生產(chan)軸(zhou)承鋼(gang)(gang)GCr15的(de)(de)拉速控(kong)制在(zai)(zai)0.37～0.42m/min之(zhi)間(jian)。
3.在(zai)軸承鋼(gang)GCr15連鑄(zhu)(zhu)過程中控制合(he)適的(de)(de)壓(ya)下(xia)量(liang)，能使鑄(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)在(zai)冷去的(de)(de)液相穴(xue)末端對鑄(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)實施一定的(de)(de)下(xia)壓(ya)量(liang)，從(cong)而(er)可以補償(chang)或是抵消掉鑄(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)由于凝(ning)固而(er)產生的(de)(de)收縮量(liang)，抑制因凝(ning)固收縮而(er)引起(qi)的(de)(de)含有大(da)量(liang)偏(pian)析元素的(de)(de)未凝(ning)固鋼(gang)液向(xiang)連鑄(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)的(de)(de)中心位置(zhi)流動，從(cong)而(er)達到改善鑄(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)縮孔和中心偏(pian)析的(de)(de)缺陷。我(wo)國(guo)某大(da)型鋼(gang)廠生產軸承鋼(gang)GCr15連鑄(zhu)(zhu)機的(de)(de)總(zong)壓(ya)下(xia)量(liang)為(wei)6mm。
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來(lai)源：《學(xue)周刊》2015年01期
作者：馬永順 孫雪影
