GCr15轴承钢连铸坯冶金质量的分析
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性 ,使钢液呈紊流流动 。在切应力作用下柱状晶 晶臂被切断 ,充当着等轴晶的晶核 ;同时流动的钢 水加速了传热过程 ,使过热较快消失 ,加速了柱状 晶向等轴晶转变 ,从而保证铸坯有较高的等轴晶 率 ,有效地控制“搭桥”现象 ,使铸坯中心碳偏析 、 中心疏松 、缩孔得到适当改善 。
图 1 是结晶器电磁搅拌对 GCr15 180 方连铸 坯碳偏析分布影响对比曲线图 。两条曲线连铸工 艺参数基本一致 ,不同的是曲线 (a) 结晶器未用电 磁搅拌 ,曲线 (b) 结晶器使用电磁搅拌 。从图 1 中 可看出 ,虽然两条曲线都存在一定程度的中心碳
1 试验方法
1. 1 工艺流程 (1) 60 t 电弧炉 + 60 t LF/ VD 精炼炉 →连铸
拉 180 方坯 →650 机组成材 ; (2) 60 t 电弧炉 + 60 t LF/ VD 精炼炉 →连铸
拉 180 方坯 →500 机组开 130 方 、74 方坯 →300 或 250 机组成材 。 1. 2 试验内容
≤1
≤1
≤1
注 :电磁搅拌参数为 : 电压 380 V ,电流 120 A ,频率 6Hz ,搅拌方 式 :单向搅拌
表 4 铸坯加热工艺对 GCr15 轴承钢连铸材碳化物液析 的影响
Table 4 Effect of concasting billet heating process on car2
An Analysis on Metallurgy Quality of Bearing Steel GCr15 Concasting Billet
Ye Ting , Xiao Aiping , Li Desheng , Wang Zhigang , Jia Xikun and Huang Xiaoping
第 23 卷第 3 期 2002 年 6 月
·工艺技术·
特殊钢
SPECIAL STEEL
Vol. 23. No. 3 June 2002 · 35 ·
GCr15 轴承钢连铸坯冶金质量的分析
叶 婷 肖爱平 李德胜 汪质刚 贾希坤 黄小萍
(大冶特殊钢股份有限公司 ,黄石 435001)
6
< 25 0. 9～1. 06
0. 22
使用
0. 5～1
1
1～1. 5
注 : ①电磁搅拌参数为电压 :380 V ,电流 :120A ,频率 :6Hz ,搅拌方式 :单向搅拌 ; ②标准要求的低倍组织均 ≤1 级 。
看出 ,成品材规格越小 ,即压缩比越大 ,中心疏松 级别越低 ,低倍组织越致密 ,当 180 方连铸坯成材 压缩 比 达 到 23 以 上 , 成 材 低 倍 组 织 均 能 满 足 GB/ T1825422000 标准要求 ,即轴承钢成品的偏析 、 一般和中心疏松均不超过 1 级 。
bide liquation of concasting bearing steel GCr15 finished
products
序号
轧制工艺
规格/ 批数 mm
1
均热温度 1 210 ℃ 均热时间 35～40 min
74 方
5
液析检验结果 (级别范围)
1. 5 级 ×4 , 1. 0 级 ×6 , 0 ～ 0. 5 级 ×10
图 2 中 ,两条曲线均采用了结晶器电磁搅拌 , 拉速 、二冷强度等参数也基本一致 。不同的是曲
线 (a) 中间包钢水过热度为 19 ℃,曲线 (b) 过热度 24 ℃。从图 2 中可看出过热度对 180 方连铸坯碳 偏析影响较大 。曲线 (a) 因过热度低 ,铸坯中心碳 偏析不明显 ,而曲线 ( b) 因过热度偏高 ,铸坯中心 碳偏析相对严重得多 。
序号 钢种
成材规 格/ mm
1 GCr15 Φ60
试料 个数
12
过热度/ ℃
> 30
连铸工艺参数
拉速/ m·min - 1
二冷强度/ L·kg - 1
0. 9～1. 05
0. 22
电磁搅拌 使用
Байду номын сангаас
偏析 0. 5～1
低倍/ 级
一般疏松
中心疏松
1～1. 5
1. 5～2 ,个别 试料有缩孔
2 GCr15 Φ60
·36 ·
特殊钢 第 23 卷
偏析 ,相比较而言 ,使用了结晶器电磁搅拌的铸 坯 ,从表面到中心碳含量波动较小 ,未用结晶器电 磁搅拌的铸坯中心碳偏析更严重一些 。
从表 1 的检验结果可看出 ,在过热度 、拉速 、 二冷强度等工艺参数一致的情况下 ,使用结晶器 电磁搅拌可有效改善 GCr15 连铸材的低倍组织 , 特别对中心疏松的影响尤为显著 。 2. 2 过热度对坯 、材质量的影响
表 2 显示 ,在同样使用结晶器电磁搅拌且拉 速 、二冷强度相近的情况下 ,当过热度达 30 ℃以 上 ,偏析 、一般疏松 、中心疏松级别相对较高 ,尤其 中心疏松更为严重 ,甚至还有残余缩孔存在 。而 在过热度 < 25 ℃的情况下 ,中心疏松一般不超过 1. 5 级 ,所以严格控制过热度是改善铸坯质量的 重要手段 。 2. 3 压缩比对成材质量的影响
上述两种成材工艺路线为 : (1) 连铸 180 方 坯 →650 机组轧成 Φ60 mm 规格棒材 ; (2) 连铸 180 方坯 →500 机组开 130 方坯 →430/ 300 机组开 37 方坯 →250 机组轧成Φ11 mm 规格棒材 。各种 规格的中间坯 、材检验结果如表 3 所示 ,从中可以
表 1 电磁搅拌对 GCr15 轴承钢连铸材低倍组织的影响 Table 1 Effect of electromagnetic stirring on macrostructure of concasting bearing steel GCr15 finished products
序号
1 2
钢种
2
均热温度 1 210 ℃ 均热时间 60～80 min
Φ45
5
均为 0～0. 5 级
3
均热温度 1 170 ℃ 均热时间 35～40 min
Φ50
5
4
均热温度 1 170 ℃ 均热时间 60～70 min
1～1. 5 1
1～1. 5 1. 5～2
注 :电磁搅拌参数为 :电压 :380 V ,电流 :120A ,频率 :6Hz ,搅拌方式 :单向搅拌 。
图 2 不同过热度钢水连铸的 180 方 GCr15 轴承钢铸 坯断面表面到中心碳含量的变化 Fig. 2 Change of carbon content at section from surface to centre for 180mm ×180mm casting billet of bearing steel GCr15 concasting with different overheating degree liquid steel
mm
偏析 一般疏松 中心疏松
130 方 1. 92 0. 5 17C1590 GCr15 Φ60 11. 46 1
37 方 23. 67 1
1
>3
1
1～1. 5
1
1
Φ60 11. 46 0. 5
1
1. 5
18C1938 GCr15 37 方 23. 67 1
1
1
Φ11 341 0. 5
1
1
标准
-
-
-
(Daye Special Steel Corp Ltd , Huangshi 435001)
Abstract The effect of mould electromagnetic stirring , liquid steel overheating degree and rolling technology for 180mm ×180mm concasting billet on centre porosity , carbon segregation and carbide liquation in finished steel products have been analyzed. The results showed that the carbon segregation decreased by using electromagnetic stirring and reducing overheating degree of liquid steel during concasting and the carbide liquation was diminished and even eliminated by billet heating at 1 210 ℃for 60 min. Material Index Concasting , Bearing Steel GCr15 , Metallurgy Quality
图 1 无电磁搅拌 (a) 和电磁搅拌 (b) 180 方 GCr15 轴承 钢连铸坯断面表面到中心碳含量变化的对比 Fig. 1 Change of carbon content at section from surface to centre for 180mm ×180mm casting billet of bearing steel GCr15 , (a) Without electromagnetic stirring ; (b) With elec2 tromagnetic stirring
摘 要 分析了结晶器电磁搅拌 、钢水过热度和轧钢工艺对连铸 GCr15 轴承钢 180 方坯轧材中心疏松 、碳 偏析 、碳化物液析等缺陷的影响 ,结果得出连铸时采用电磁搅拌和降低钢水过热度可减轻铸坯碳偏析 ,铸坯在 1 210 ℃均热 60 min 可减轻甚至消除钢中碳化物液析 。 关键词 连铸 GCr15 轴承钢 冶金质量
10 多年来 ,大冶特殊钢股份有限公司在轴承 钢连铸方面作了大量的工作 ,取得了一定的成绩 。 但连铸坯成材后缩孔 、中心疏松 、轴心碳偏析 、碳 化物液析等质量缺陷一直没有得到有效改善 。为 此 ,2001 年大冶特钢在轴承钢连铸及成材方面又 进行了一系列的试验研究工作 ,找出了连铸拉坯 和加工成材工艺对连铸坯 、材质量的影响因素 。 试验获得了较好的效果 。
试验工作包括 : (1) 钢水过热度及拉速对铸
坯质量的影响 ; (2) 连铸二次冷却制度 ; (3) 结晶 器电磁搅拌的应用 ; (4) 加热工艺对连铸材质量 的影响 ; (5) 成材压缩比试验 。
2 试验结果及分析
2. 1 结晶器电磁搅拌对坯 、材低倍质量的影响 结晶器电磁搅拌的使用 ,改善了钢液的流动
GCr15 GCr15
成材规 格/ mm
Φ50～60 Φ50～60
试料 个数
12 12
过热度/ ℃
20225 20225
连铸工艺参数
拉速/ m·min - 1
二冷强度/ L·kg - 1
0. 89～1. 06
0. 22
0. 90～1. 07
0. 23
电磁搅拌
使用 未使用
偏析
0. 5 1
低倍/ 级 一般疏松 中心疏松
连铸坯在凝固时 ,由于冷却强度比模铸大 ,凝 固界面有较高的温度梯度 ,所以柱状晶较发达。 树枝晶相遇 ,产生“搭桥”现象 ,枝晶间的钢液 ,按 “小钢锭模铸”进行凝固[1] 。因此 ,连铸坯心部产 生周期性的 、断续的缩孔与偏析 。任何促使铸坯 凝固时柱状晶发达的因素如过热度 、二次冷却强 度等均是导致偏析与疏松的主要原因[2] ,柱状晶 愈发达 ,这些缺陷愈严重 。
表 3 轧钢压缩比对轴承钢连铸材低倍组织的影响 Table 3 Effect of rolling reduction ratio on macrostructure
of concasting bearing steel GCr15 finished products
炉号
钢种 规格/ 压缩比
低倍/ 级
第 3 期 叶 婷等 : GCr15 轴承钢连铸坯冶金质量的分析
·37 ·
表 2 钢水过热度对 GCr15 轴承钢连铸材中心疏松的影响
Table 2 Effect of liquid steel overheating degree on centre porosity of concasting bearing steel GCr15 finished products
图 1 是结晶器电磁搅拌对 GCr15 180 方连铸 坯碳偏析分布影响对比曲线图 。两条曲线连铸工 艺参数基本一致 ,不同的是曲线 (a) 结晶器未用电 磁搅拌 ,曲线 (b) 结晶器使用电磁搅拌 。从图 1 中 可看出 ,虽然两条曲线都存在一定程度的中心碳
1 试验方法
1. 1 工艺流程 (1) 60 t 电弧炉 + 60 t LF/ VD 精炼炉 →连铸
拉 180 方坯 →650 机组成材 ; (2) 60 t 电弧炉 + 60 t LF/ VD 精炼炉 →连铸
拉 180 方坯 →500 机组开 130 方 、74 方坯 →300 或 250 机组成材 。 1. 2 试验内容
≤1
≤1
≤1
注 :电磁搅拌参数为 : 电压 380 V ,电流 120 A ,频率 6Hz ,搅拌方 式 :单向搅拌
表 4 铸坯加热工艺对 GCr15 轴承钢连铸材碳化物液析 的影响
Table 4 Effect of concasting billet heating process on car2
An Analysis on Metallurgy Quality of Bearing Steel GCr15 Concasting Billet
Ye Ting , Xiao Aiping , Li Desheng , Wang Zhigang , Jia Xikun and Huang Xiaoping
第 23 卷第 3 期 2002 年 6 月
·工艺技术·
特殊钢
SPECIAL STEEL
Vol. 23. No. 3 June 2002 · 35 ·
GCr15 轴承钢连铸坯冶金质量的分析
叶 婷 肖爱平 李德胜 汪质刚 贾希坤 黄小萍
(大冶特殊钢股份有限公司 ,黄石 435001)
6
< 25 0. 9～1. 06
0. 22
使用
0. 5～1
1
1～1. 5
注 : ①电磁搅拌参数为电压 :380 V ,电流 :120A ,频率 :6Hz ,搅拌方式 :单向搅拌 ; ②标准要求的低倍组织均 ≤1 级 。
看出 ,成品材规格越小 ,即压缩比越大 ,中心疏松 级别越低 ,低倍组织越致密 ,当 180 方连铸坯成材 压缩 比 达 到 23 以 上 , 成 材 低 倍 组 织 均 能 满 足 GB/ T1825422000 标准要求 ,即轴承钢成品的偏析 、 一般和中心疏松均不超过 1 级 。
bide liquation of concasting bearing steel GCr15 finished
products
序号
轧制工艺
规格/ 批数 mm
1
均热温度 1 210 ℃ 均热时间 35～40 min
74 方
5
液析检验结果 (级别范围)
1. 5 级 ×4 , 1. 0 级 ×6 , 0 ～ 0. 5 级 ×10
图 2 中 ,两条曲线均采用了结晶器电磁搅拌 , 拉速 、二冷强度等参数也基本一致 。不同的是曲
线 (a) 中间包钢水过热度为 19 ℃,曲线 (b) 过热度 24 ℃。从图 2 中可看出过热度对 180 方连铸坯碳 偏析影响较大 。曲线 (a) 因过热度低 ,铸坯中心碳 偏析不明显 ,而曲线 ( b) 因过热度偏高 ,铸坯中心 碳偏析相对严重得多 。
序号 钢种
成材规 格/ mm
1 GCr15 Φ60
试料 个数
12
过热度/ ℃
> 30
连铸工艺参数
拉速/ m·min - 1
二冷强度/ L·kg - 1
0. 9～1. 05
0. 22
电磁搅拌 使用
Байду номын сангаас
偏析 0. 5～1
低倍/ 级
一般疏松
中心疏松
1～1. 5
1. 5～2 ,个别 试料有缩孔
2 GCr15 Φ60
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特殊钢 第 23 卷
偏析 ,相比较而言 ,使用了结晶器电磁搅拌的铸 坯 ,从表面到中心碳含量波动较小 ,未用结晶器电 磁搅拌的铸坯中心碳偏析更严重一些 。
从表 1 的检验结果可看出 ,在过热度 、拉速 、 二冷强度等工艺参数一致的情况下 ,使用结晶器 电磁搅拌可有效改善 GCr15 连铸材的低倍组织 , 特别对中心疏松的影响尤为显著 。 2. 2 过热度对坯 、材质量的影响
表 2 显示 ,在同样使用结晶器电磁搅拌且拉 速 、二冷强度相近的情况下 ,当过热度达 30 ℃以 上 ,偏析 、一般疏松 、中心疏松级别相对较高 ,尤其 中心疏松更为严重 ,甚至还有残余缩孔存在 。而 在过热度 < 25 ℃的情况下 ,中心疏松一般不超过 1. 5 级 ,所以严格控制过热度是改善铸坯质量的 重要手段 。 2. 3 压缩比对成材质量的影响
上述两种成材工艺路线为 : (1) 连铸 180 方 坯 →650 机组轧成 Φ60 mm 规格棒材 ; (2) 连铸 180 方坯 →500 机组开 130 方坯 →430/ 300 机组开 37 方坯 →250 机组轧成Φ11 mm 规格棒材 。各种 规格的中间坯 、材检验结果如表 3 所示 ,从中可以
表 1 电磁搅拌对 GCr15 轴承钢连铸材低倍组织的影响 Table 1 Effect of electromagnetic stirring on macrostructure of concasting bearing steel GCr15 finished products
序号
1 2
钢种
2
均热温度 1 210 ℃ 均热时间 60～80 min
Φ45
5
均为 0～0. 5 级
3
均热温度 1 170 ℃ 均热时间 35～40 min
Φ50
5
4
均热温度 1 170 ℃ 均热时间 60～70 min
1～1. 5 1
1～1. 5 1. 5～2
注 :电磁搅拌参数为 :电压 :380 V ,电流 :120A ,频率 :6Hz ,搅拌方式 :单向搅拌 。
图 2 不同过热度钢水连铸的 180 方 GCr15 轴承钢铸 坯断面表面到中心碳含量的变化 Fig. 2 Change of carbon content at section from surface to centre for 180mm ×180mm casting billet of bearing steel GCr15 concasting with different overheating degree liquid steel
mm
偏析 一般疏松 中心疏松
130 方 1. 92 0. 5 17C1590 GCr15 Φ60 11. 46 1
37 方 23. 67 1
1
>3
1
1～1. 5
1
1
Φ60 11. 46 0. 5
1
1. 5
18C1938 GCr15 37 方 23. 67 1
1
1
Φ11 341 0. 5
1
1
标准
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(Daye Special Steel Corp Ltd , Huangshi 435001)
Abstract The effect of mould electromagnetic stirring , liquid steel overheating degree and rolling technology for 180mm ×180mm concasting billet on centre porosity , carbon segregation and carbide liquation in finished steel products have been analyzed. The results showed that the carbon segregation decreased by using electromagnetic stirring and reducing overheating degree of liquid steel during concasting and the carbide liquation was diminished and even eliminated by billet heating at 1 210 ℃for 60 min. Material Index Concasting , Bearing Steel GCr15 , Metallurgy Quality
图 1 无电磁搅拌 (a) 和电磁搅拌 (b) 180 方 GCr15 轴承 钢连铸坯断面表面到中心碳含量变化的对比 Fig. 1 Change of carbon content at section from surface to centre for 180mm ×180mm casting billet of bearing steel GCr15 , (a) Without electromagnetic stirring ; (b) With elec2 tromagnetic stirring
摘 要 分析了结晶器电磁搅拌 、钢水过热度和轧钢工艺对连铸 GCr15 轴承钢 180 方坯轧材中心疏松 、碳 偏析 、碳化物液析等缺陷的影响 ,结果得出连铸时采用电磁搅拌和降低钢水过热度可减轻铸坯碳偏析 ,铸坯在 1 210 ℃均热 60 min 可减轻甚至消除钢中碳化物液析 。 关键词 连铸 GCr15 轴承钢 冶金质量
10 多年来 ,大冶特殊钢股份有限公司在轴承 钢连铸方面作了大量的工作 ,取得了一定的成绩 。 但连铸坯成材后缩孔 、中心疏松 、轴心碳偏析 、碳 化物液析等质量缺陷一直没有得到有效改善 。为 此 ,2001 年大冶特钢在轴承钢连铸及成材方面又 进行了一系列的试验研究工作 ,找出了连铸拉坯 和加工成材工艺对连铸坯 、材质量的影响因素 。 试验获得了较好的效果 。
试验工作包括 : (1) 钢水过热度及拉速对铸
坯质量的影响 ; (2) 连铸二次冷却制度 ; (3) 结晶 器电磁搅拌的应用 ; (4) 加热工艺对连铸材质量 的影响 ; (5) 成材压缩比试验 。
2 试验结果及分析
2. 1 结晶器电磁搅拌对坯 、材低倍质量的影响 结晶器电磁搅拌的使用 ,改善了钢液的流动
GCr15 GCr15
成材规 格/ mm
Φ50～60 Φ50～60
试料 个数
12 12
过热度/ ℃
20225 20225
连铸工艺参数
拉速/ m·min - 1
二冷强度/ L·kg - 1
0. 89～1. 06
0. 22
0. 90～1. 07
0. 23
电磁搅拌
使用 未使用
偏析
0. 5 1
低倍/ 级 一般疏松 中心疏松
连铸坯在凝固时 ,由于冷却强度比模铸大 ,凝 固界面有较高的温度梯度 ,所以柱状晶较发达。 树枝晶相遇 ,产生“搭桥”现象 ,枝晶间的钢液 ,按 “小钢锭模铸”进行凝固[1] 。因此 ,连铸坯心部产 生周期性的 、断续的缩孔与偏析 。任何促使铸坯 凝固时柱状晶发达的因素如过热度 、二次冷却强 度等均是导致偏析与疏松的主要原因[2] ,柱状晶 愈发达 ,这些缺陷愈严重 。
表 3 轧钢压缩比对轴承钢连铸材低倍组织的影响 Table 3 Effect of rolling reduction ratio on macrostructure
of concasting bearing steel GCr15 finished products
炉号
钢种 规格/ 压缩比
低倍/ 级
第 3 期 叶 婷等 : GCr15 轴承钢连铸坯冶金质量的分析
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表 2 钢水过热度对 GCr15 轴承钢连铸材中心疏松的影响
Table 2 Effect of liquid steel overheating degree on centre porosity of concasting bearing steel GCr15 finished products