一、軸承鋼GCr15生產(chǎn)工藝流程
目前，中國(guó)大部分煉鋼廠均采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)軸承鋼GCr15矩形連鑄坯，其生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水的氧化脫硫→立式轉(zhuǎn)爐煉鋼→LF爐精煉→RH爐精煉→矩形坯的連續(xù)鑄鋼→保溫送特鋼廠進(jìn)行特色處理。
國(guó)內(nèi)特鋼廠處理軸承鋼GCr15矩形坯的生產(chǎn)工藝流程為：鑄坯的加熱→熱送至（800/650）棒材連軋機(jī)組→棒材的保溫→送修磨工段→送質(zhì)量檢驗(yàn)車間→成品鋼材的包裝入庫(kù)→發(fā)貨。鐵水要求進(jìn)行預(yù)處理并且要求進(jìn)行行脫硫和扒渣處理；轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要任務(wù)是控制磷元素、硫元素等的含量，完成鋼材主要化學(xué)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(xué)成分的調(diào)整；RH爐進(jìn)行真空操作的目的是脫除鋼液內(nèi)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(jī)的主要任務(wù)是保護(hù)連續(xù)澆注、控制鑄坯低倍組織和鑄坯質(zhì)量。
二、能夠影響到軸承鋼GCr15矩形連鑄坯低倍質(zhì)量的因素
（一）實(shí)驗(yàn)正交設(shè)計(jì)方案
1.二冷水量。針對(duì)連鑄機(jī)二次冷卻區(qū)冷卻的強(qiáng)度對(duì)矩形連鑄鑄坯縮孔的大小、多少的影響，我國(guó)不同的鋼鐵廠對(duì)其有著不一樣的觀點(diǎn)。例如，我國(guó)某鋼鐵廠（廠一）生產(chǎn)小方坯高碳鋼的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：在二冷區(qū)采用了電磁攪拌時(shí)，隨著二冷區(qū)冷卻強(qiáng)度的增強(qiáng)，連鑄小方坯的中心縮孔、中心偏析都有非常明顯減弱，鑄坯的質(zhì)量也得到了明顯的改善。但是，隨著二次冷卻區(qū)的冷卻強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng)到一定的強(qiáng)度的時(shí)候，矩形鑄坯內(nèi)部的縮孔、縮松反而變得更加嚴(yán)重，而且鑄坯的中間出現(xiàn)比較嚴(yán)重的裂紋。因此可以得出結(jié)論：適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)二冷區(qū)的冷卻強(qiáng)度，不但可以使鑄坯內(nèi)部組織晶粒細(xì)化，而且可以縮短鑄坯在凝固時(shí)的液相穴的深度（液相深度），增加了連鑄坯外層冷凝坯殼的厚度，從而大大降低了該鑄坯的鼓肚量。連鑄坯在凝固時(shí)“液相深度”的縮短，這對(duì)于鋼水冷凝時(shí)的補(bǔ)縮是非常有利的，因此可以降低鑄坯在產(chǎn)生過程中出現(xiàn)V字形偏析的可能性。我國(guó)某鋼鐵廠（廠二）則對(duì)其有著不同的觀點(diǎn)，鋼鐵廠（廠二）認(rèn)為：增加二次冷卻區(qū)域冷卻的段數(shù)，可以使矩形連鑄坯在凝固的末端產(chǎn)生體積的相應(yīng)收縮，因此，對(duì)于減輕鑄坯的中心縮松和縮孔危害是非常有利的[5]。
我國(guó)某大型煉鋼廠在最開始生產(chǎn)軸承鋼GCr15的時(shí)候，所采用二次冷卻的比水量為0.21×10-3m3/kg，試驗(yàn)的過程是在其他影響條件都相同的情況下，對(duì)（0.15、0.20、0.23、0.26）×10-3m3/kg不同的比水量的情況下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。
2.拉速。某鋼廠矩形坯連鑄機(jī)原始設(shè)計(jì)的軸承鋼工藝?yán)贋椋?.45～0.50）m/min，鑄坯拉速選取兩個(gè)檔次0.45m/min和0.50m/min。
3.壓下量。某鋼廠原設(shè)計(jì)的軸承鋼GCr15的壓下總量為4.5mm，在此壓下量范圍內(nèi)，為選擇一個(gè)更加合適壓下量，壓下量分別選定為1mm、2mm、3mm和4mm。
4.正交設(shè)計(jì)。
（二）比水量對(duì)鑄坯低倍質(zhì)量的影響分析
通過正交設(shè)計(jì)，按照表1.1比水量、壓下量和拉速正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案進(jìn)行的試驗(yàn)，其得到的試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)表明，在其他連鑄工藝的控制條件均都相同的情況下，隨著二次冷去的冷水量增大，連鑄坯的冷卻速度加快，這樣有利于提高矩形連鑄坯低倍質(zhì)量，尤其是對(duì)于降低鑄坯中心疏松缺陷和縮孔等缺陷效果特別明顯。
另外，通過這次正交試驗(yàn)結(jié)果我們還可以知道：當(dāng)二冷區(qū)冷卻強(qiáng)度增長(zhǎng)到一定強(qiáng)度時(shí)，連鑄坯出現(xiàn)的中心偏析程度反而會(huì)出現(xiàn)偏高的現(xiàn)象。因此得出：連鑄過程中二次冷卻的冷卻水量也不易過大，過大反而影響鑄坯質(zhì)量。由試驗(yàn)結(jié)果可得一個(gè)比較合適的二冷比水量為0.27×10-3m3/kg，在此比水量進(jìn)行冷卻時(shí)得到的鑄坯質(zhì)量最佳。
（三）拉速對(duì)鑄坯低倍質(zhì)量的影響分析
拉速對(duì)鑄坯縮孔的影響補(bǔ)充試驗(yàn)進(jìn)行了3爐，分析三爐鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果可知，連鑄坯縮孔隨著拉坯速度的降低，缺陷率也隨之降低。
但是，在后期的生產(chǎn)實(shí)踐過程中，當(dāng)拉速降到過小時(shí)（小于了0.35m/min），實(shí)驗(yàn)中矩形連鑄坯的疏松和縮孔缺陷反而變得嚴(yán)重。其主要的原因是過小的拉速，縮短了連鑄坯的液芯長(zhǎng)度，因此，使的連鑄坯在到達(dá)壓下輥位置之前早已經(jīng)完全凝固了，這樣輕壓下的功能基本失效。因此，最終我廠的連鑄工藝?yán)俅_定在0.37～0.42m/min。又因考慮到生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量要兼顧，最終確定拉坯速度偏上限，恒定在0.42m/min。
（四）連鑄機(jī)輕壓下的壓下量對(duì)連鑄坯低倍質(zhì)量的影響分析
有連鑄機(jī)輕壓下的壓下量對(duì)連鑄坯縮孔和中心疏松缺陷影響的試驗(yàn)結(jié)果分析表明：在其他連鑄工藝控制的參數(shù)都相同的條件下，隨著連鑄機(jī)壓下量的增大，鑄坯縮孔缺陷有所減輕。但在連鑄機(jī)輕壓下的壓下量過大時(shí)，反而會(huì)導(dǎo)致連鑄坯產(chǎn)生中間裂紋。由于本次試驗(yàn)做的三次試驗(yàn)的拉坯速度均較高，所以，即使增大壓下量，仍然不會(huì)避免上述試驗(yàn)產(chǎn)出的鑄坯出現(xiàn)縮孔的缺陷。但是通過本次試驗(yàn)，我們還是可以看出在總壓下量為6mm時(shí)，各壓下輥將總壓下量平均分配是目前較為合理的連鑄機(jī)壓下工藝。
（五）工藝調(diào)整完的連鑄鑄坯的質(zhì)量
通過對(duì)這次試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，確定了國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵廠用連鑄機(jī)生產(chǎn)軸承鋼GCr15矩形坯的生產(chǎn)工藝參數(shù)為：二次冷卻的比水量為0.27×10-3m3/kg；拉坯的速度為0.37～0.42m/min；連鑄機(jī)輕壓下的壓下總量確定為6mm；連鑄的過熱度控制在20～30攝氏度之間；連鑄過程控制的恒定拉速為0.42m/min。
該實(shí)驗(yàn)鋼鐵廠使用改進(jìn)后的工藝參數(shù)后，對(duì)于軸承鋼GCr15矩形鑄坯的低倍缺陷等級(jí)中：中心疏松平均等級(jí)為0.45-1.55，小于1.0的等級(jí)所占的比例為94.98%。中心縮孔的等級(jí)為0.10-2.10，小于1.0所占的比例為95.78%。通過實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可知，改變了工藝參數(shù)后，軸承鋼GCr15矩形連鑄坯的低倍質(zhì)量缺陷（中心縮孔和疏松等）出現(xiàn)幾率得到顯著的降低。
三、試驗(yàn)結(jié)論
1.在生產(chǎn)軸承鋼GCr15矩形坯連鑄的過程中，適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)二冷強(qiáng)度能有效地縮短鑄坯的液相穴深度，因此對(duì)于軸承鋼鋼水的補(bǔ)縮是非常有利的，從而減輕了連鑄坯的中心縮松和縮孔的缺陷。我國(guó)某大型煉鋼廠生產(chǎn)軸承鋼GCr15的二次冷卻比水量為0.27×10-3m3/kg。
2.軸承鋼GCr15在連鑄過程中如果拉坯速度過快，連鑄坯在冷凝過程中的液相穴較長(zhǎng)，連鑄坯的中心縮孔位置得不到充分的補(bǔ)縮，因此，容易導(dǎo)致縮孔缺陷。但是，如果拉坯速度過低，則鑄坯在冷卻過程中的液芯長(zhǎng)度會(huì)有所縮短，從而會(huì)導(dǎo)致連鑄坯在到達(dá)壓下輥位置時(shí)，就早已經(jīng)完全凝固了，這樣輕壓下就失去了作用，因此，連鑄機(jī)的輕壓下功能就是去了存在的意義。我國(guó)某大型煉鋼廠生產(chǎn)軸承鋼GCr15的拉速控制在0.37～0.42m/min之間。
3.在軸承鋼GCr15連鑄過程中控制合適的壓下量，能使鑄坯在冷去的液相穴末端對(duì)鑄坯實(shí)施一定的下壓量，從而可以補(bǔ)償或是抵消掉鑄坯由于凝固而產(chǎn)生的收縮量，抑制因凝固收縮而引起的含有大量偏析元素的未凝固鋼液向連鑄坯的中心位置流動(dòng)，從而達(dá)到改善鑄坯縮孔和中心偏析的缺陷。我國(guó)某大型鋼廠生產(chǎn)軸承鋼GCr15連鑄機(jī)的總壓下量為6mm。
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來源：《學(xué)周刊》2015年01期
作者：馬永順 孫雪影
