静态轻压下技术对轴承钢连铸坯低倍质量及碳偏析的改善

静态轻压下技术对轴承钢连铸坯低倍质量及碳偏析的改善

王海达 1李超 2

建龙北满特殊钢有限责任公司 黑龙江省 齐齐哈尔市 161040

摘要：介绍了静态请压下技术（轻压下区域铸坯固相率f_s=30%~95%，总压下量在8~13mm）在国内某企业250mm×280mm大方坯连铸机生产GCr15轴承钢连铸坯的应用。结果表明，当钢水过热度25~40℃，拉速0.55~0.68m/min,实施静态请压下后，中心疏松评级1级以下比例从未压下的40.33%增加到87.56%，缩孔评级0.5级以下比例从未压下的78.97%增加到100%，中心偏析和V型偏析改善明显。横断面偏析指数区间由未压下的0.898~1.092变为轻压下的0.929~1.041，纵断面中心偏析指数由0.918~1.153变为轻压下的0.948~1.082。

关键词：静态轻压下;轴承钢;中心疏松;缩孔;偏析

前言：改善高碳铬轴承钢GCr15连铸大方坯的低倍质量对轴承钢生产企业进一步提高产品质量，扩大产品生产规格有着比较重大意义。目前比较常用的手段有电磁搅拌技术及末端轻压下技术，本文介绍了高碳铬轴承钢GCr15连铸大方坯静态轻压下工艺在国内某钢铁生产企业在250mm×280mm大方坯连铸机生产上的应用。

一、静态轻压下技术的基本原理

轻压下技术即连铸坯凝固末端给以一定的机械压下量以弥补末端两相区的凝固体收缩，从而达到消除中心疏松和减轻中心偏析的目的。轻压下改善铸坯内部质量的机理是通过在连铸坯液芯末端附近施加一定的压下量来补偿其当地的凝固收缩量。

一方面，利用坯壳的轻压下位移消除或减少铸坯糊状区中心收缩不能获得其上流钢水的补偿而形成的内部空隙，提高其中心致密度；另一方面，一定的轻压下量也阻止了铸坯因冷凝收缩或鼓肚而产生的钢液横向流动，并可能促使铸坯中心枝晶间隙内浓化钢液向上游回流，从而使中心偏析得以减轻。

轻压下（MSR）过程是分步连续进行的，通常是每个辊子压下一定量。如果轻压下过早，在凝固前沿产生的应变超过铸坯的极限应变，这样坯子就会产生裂纹。如果轻压下太迟，轻压下在已经完全凝固的铸坯上，对改善铸坯中心偏析起不到作用，因此，合适的压下位置是轻压下技术的关键。

二、静态轻压下工业试验

国内某企业大方坯连铸线由中冶改造后成为五机五流连铸机，并带有轻压下功能。其主要生产规格为250*280矩形铸坯，其铸机主要技术参数如下：

机型：弧形

铸机半径：10.25m

矫直方式：连续矫直

铸坯尺寸：250×280m

拉速：0.5~1.0（m*min^-1）

电磁搅拌：结晶器电磁搅拌/末端电磁搅拌

连铸拉速0.55~0.68m/min，钢水过热度25~40℃;二冷区域比水量0.15~0.40L/kg;轻压下区域铸坯固相率fs=30%~95%，总压下量8~13mm，单拉矫机最大压下值≤4.0mm，最大压下速度≤1.40mm/s。

单个拉矫机采用静态位移模式压下，压下量分配比例参考固相率，0≤fs≤0.30，压下0；0.35≤fs≤0.50，压下2.0mm；0.55≤fs≤0.75，压下3.0mm；0.81≤fs≤0.86，压下3.5mm；0.88≤fs≤0.92，压下2.5mm；0.93≤fs≤0.95，压下2.0mm；0.96≤fs≤1.00，压下0mm。

7架拉搅机压下分配为1架定量2.0~3.0mm，2架定量2.5~3.5mm，3架定量3.0~4.0mm，4架定量2.0~3.0mm，5架定量1.0~2.0mm，6架定量0mm，7架定量0mm。

试验钢种化学成分（%）：C 0.95~1.05，Si 0.15~0.35，Mn 0.25~0.45，P ≤0.025，S ≤0.020，Cr 1.40~1.65。

三、试验方法

取样要求：在连铸生产中符合工艺要求的炉次，同炉次、同一位置进行取样，取样分为低倍试样、纵剖试样。

制样：试样经680℃退后，表面经车，通过热酸洗检验低倍状态，低倍经评级后拍照保留。

偏析检验：试样经热酸洗后，对使用φ4钻头进行钻沫取样，分别在低倍试样中心点到内弧，间隔20mm取点，取6点；从中心点到侧弧，间隔20mm取点，取9点；沿中心点到角部，间隔20mm取点，取7点，共23个取样点，纵剖试样对中心位置连续取10~15点进行钻沫。

本文定义：C偏析指数=钻沫C成分/熔炼C成分。

四、试验结果及讨论

4.1静态轻压下对铸坯中心疏松 、缩孔的影响

静态轻压下技术使用后，铸坯低倍质量得到明显改善，中心疏松≤1评级以下比例从未压下的40.33%增加到87.56%，提高47.23%，缩孔评级≤0.5级以下比例从未压下的78.97%增加到100%，提高21.03%。

静态轻压下技术投入前后轴承钢连铸坯横剖片热酸洗试样对比可以明显看出：未投轻压下技术时铸坯存在明显的中心疏松及缩孔缺陷，静态轻压下投入使用后铸坯内部组织得到了明显改善，中心缩孔明显减少。未投入轻压下铸坯中心缩孔成连续分布，并且存在明显的中心偏析。轻压下投入使用后中心缩孔几乎消除，铸坯内部质量得到明显改善。

4.2低倍偏析及纵剖偏析对比

从偏析结果检验结果可以看出，GCr15连铸坯横断面上的【C】元素分布范围从未压下时的0.88~1.07变为0.91~1.03。

横断面偏析指数区间由未压下的0.898~1.092变为轻压下的0.929~1.041，纵断面中心偏析指数由0.918~1.153变为轻压下的0.948~1.082。轻压下投入使用后对铸坯偏析指数有明显地改善。

表1 采用静态轻压下技术前后铸坯偏析指数百分比/%

结论：（1）静态轻压下技术使用后，铸坯低倍质量得到明显改善，中心疏松≤1评级以下比例从未压下的40.33%增加到87.56%，提高47.23%，缩孔评级≤0.5级以下比例从未压下的78.97%增加到100%，提高21.03%。轻压下投入使用后中心缩孔几乎消除，铸坯内部质量得到明显改善。

（2）静态轻压下技术使用后，横断面偏析指数区间由未压下的0.898~1.092变为轻压下的0.929~1.041，纵断面中心偏析指数由0.918~1.153变为轻压下的0.948~1.082。轻压下投入使用后对铸坯偏析指数有明显地改善。