GCr15軸承鋼渣溝缺陷的成因及解決措施

陳守杰^1,2  王勇源²  朱先獅 ²  閆衛(wèi)兵³  賈建平³  高金星¹

（1鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南鄭州 450001，2河南通宇冶材集團(tuán)有限公司，河南西峽 474550，3河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司，河北宣化 075100 ）

摘  要：針對(duì)國(guó)內(nèi)某鋼廠在連鑄生產(chǎn)GCr15軸承鋼的過程中連鑄坯表面屢次出現(xiàn)渣溝缺陷的問題，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，優(yōu)化了現(xiàn)用的連鑄保護(hù)渣的理化指標(biāo)，調(diào)整了現(xiàn)用的連鑄操作工藝參數(shù)，最終解決了GCr15軸承鋼連鑄坯的表面渣溝缺陷問題。

關(guān)鍵詞：軸承鋼，渣溝缺陷，連鑄保護(hù)渣

1引言

軸承是很多機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)件，在大多數(shù)機(jī)械產(chǎn)品和工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用十分廣泛[1-2]。其在很大程度上決定了裝備的精密度、使用壽命與可靠性，故在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。軸承鋼是制作軸承所需要的重要特鋼品種，鋼種的性能是影響其使用性能的重要因素。故一個(gè)國(guó)家軸承和軸承鋼的生產(chǎn)技術(shù)水平也是一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一[2-3]。GCr15鋼具有高強(qiáng)度、高耐磨性和良好的抗疲勞性能，是國(guó)內(nèi)最主要的軸承鋼品種[3-4]。針對(duì)國(guó)內(nèi)某鋼廠在連鑄生產(chǎn)GCr15軸承鋼的過程中屢次出現(xiàn)渣溝的問題，本文探究了連鑄保護(hù)渣對(duì)GCr15軸承鋼渣溝的形成原因，并通過保護(hù)渣優(yōu)化有效解決了渣溝問題。

2 GCr15軸承鋼的鋼種特點(diǎn)及其對(duì)保護(hù)渣性能的需求

該鋼廠生產(chǎn)的GCr15軸承鋼的化學(xué)成分控制如表1所示，鋼水的液相線溫度為1465℃，澆鋼溫度控制在1480-1490℃之間。所使用的連鑄機(jī)由中冶連鑄生產(chǎn)，鑄機(jī)半徑10m，斷面165×165mm2，拉速控制在1.1-1.4m/min，結(jié)晶器銅管錐度1.5%，長(zhǎng)度900mm，直通水口，水口插入深度110±20mm。

表1  GCr15軸承鋼的化學(xué)成分(%)

由于GCr15軸承鋼屬于高碳鋼，連鑄過程要注意結(jié)晶器內(nèi)潤(rùn)滑問題，避免產(chǎn)生粘結(jié)漏鋼。故優(yōu)化之前的連鑄保護(hù)渣有較低的堿度和較高的粘度，其理化指標(biāo)見表2所示。然而，現(xiàn)用的連鑄保護(hù)渣在使用之后，表面出現(xiàn)大量的渣溝缺陷（見圖1A），嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致連鑄渣溝漏鋼問題（見圖1B）。因此，優(yōu)化現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝和連鑄保護(hù)渣來(lái)解決渣溝缺陷問題是該鋼廠的重中之重。

表2  GCr15軸承鋼連鑄保護(hù)渣的化學(xué)成分(wt%)和理化指標(biāo)

3 GCr15軸承鋼的渣溝產(chǎn)生原因及解決措施

通過對(duì)該鋼廠生產(chǎn)GCr15軸承鋼過程的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致渣溝形成的原因是由于GCr15軸承鋼屬于高碳鋼，坯殼初始凝固相為奧氏體相，坯殼塑性較好，當(dāng)在結(jié)晶器壁間隙和新生坯殼之間的渣膜中由大塊狀顆粒存在時(shí)，在結(jié)晶器振動(dòng)作用下，新生坯殼與結(jié)晶器壁發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，則會(huì)在新生坯殼表面劃出較深的縱向劃痕，從而導(dǎo)致渣溝缺陷的形成。因此，解決渣溝缺陷問題的關(guān)鍵在于使得鋼液面上的熔渣熔化均勻后，均勻流入結(jié)晶器壁和新生坯殼的間隙。為了解決這一問題，本文分別從連鑄保護(hù)渣的性能優(yōu)化和連鑄操作工藝的調(diào)整兩方面來(lái)解決這一問題。

3.1 連鑄保護(hù)渣的性能優(yōu)化

由于GCr15軸承鋼為高碳鋼，液相線溫度僅為1465℃，鋼水溫度相對(duì)較低，不利于鋼液面上連鑄保護(hù)渣的均勻熔化，故在優(yōu)化方案中均采取降低保護(hù)渣的熔化溫度的策略，使其更易于均勻熔化，也有利于保證鋼液面上足夠的液渣層厚度來(lái)提供充足的液渣，滿足連鑄潤(rùn)滑的需求。同時(shí)為了利于熔渣均勻流入結(jié)晶器壁和新生坯殼的間隙，在后續(xù)優(yōu)化方案中也采取了降低熔渣粘度的措施，這有利于避免渣圈過大，局部過大的渣條在新生坯殼表面形成較深的劃痕而成為渣溝缺陷�；�于這兩方面考慮，后續(xù)的優(yōu)化配方在原方案上進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，優(yōu)化方案一和優(yōu)化方案二的成分和理化指標(biāo)詳見表3。從表中可以看出優(yōu)化之后連鑄保護(hù)渣的熔化溫度和粘度均低于優(yōu)化之前，這表明優(yōu)化之后的兩個(gè)連鑄保護(hù)渣在相同溫度條件下熔化更為均勻。

表3  優(yōu)化前后連鑄保護(hù)渣的成分（wt%）和物理性能

3.2 連鑄操作工藝的調(diào)整

為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)渣在鋼液面上的均勻熔化，在連鑄工藝方面也做了適當(dāng)調(diào)整：1適當(dāng)提高拉速（由原來(lái)的1.1-1.3m/min提至1.2-1.4m/min），較高的拉速增加了通鋼量，加快了結(jié)晶器表面鋼水的更新速度，提高了鋼液面上和彎月面附近的鋼水溫度，更有利于結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣的吸熱熔化；2在正常過熱度范圍內(nèi)，采用中上線溫度澆鑄，適當(dāng)提高鋼水的過熱度有利于提供充足的熱量熔化保護(hù)渣；3控制合理的水口插入深度，避免因水口插入深度過深，導(dǎo)致鋼液面附近的上循環(huán)流較弱，不能提供充足的熱量來(lái)熔化連鑄保護(hù)渣；4采用錐度小或者舊結(jié)晶器銅管，避免因錐度過大導(dǎo)致的摩擦阻力過大的問題。

3.3 優(yōu)化后的澆鑄試驗(yàn)

通過連鑄保護(hù)渣的優(yōu)化以及連鑄工藝條件的調(diào)整，方案一和方案二保護(hù)渣所澆鑄鑄坯的表面質(zhì)量如圖2所示，優(yōu)化后的保護(hù)渣所澆鑄的連鑄坯表面平整光潔，方案一只在局部存在少而短的渣溝（見圖2A），而方案二則表面光潔無(wú)任何渣溝出現(xiàn)（見圖2B），這是由于相比方案一，方案二熔點(diǎn)更低，保護(hù)渣熔化均勻性更好，粘度也更低，更有利于潤(rùn)滑作用。此外，方案二還進(jìn)一步提高了連鑄保護(hù)渣的堿度，較高的堿度有利于連鑄保護(hù)渣熔渣吸收和熔解結(jié)晶器內(nèi)鋼水中上浮的高熔點(diǎn)固相夾雜物（Al2O3等酸性?shī)A雜物更容易溶解于堿度相對(duì)較高的熔渣之中），避免了這些高熔點(diǎn)固相夾雜物團(tuán)聚之后形成較大的顆粒被渣圈捕捉形成局部大的渣條，或者流入結(jié)晶器壁和新生坯殼間隙，二者均可能在坯殼表面形成劃痕而導(dǎo)致渣溝產(chǎn)生。故最終選擇優(yōu)化方案二做為該鋼廠的GCr15軸承鋼的連鑄保護(hù)渣。

4 結(jié)論

針對(duì)GCr15軸承鋼在連鑄過程表面出現(xiàn)渣溝缺陷的問題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)這是由于原有的連鑄保護(hù)渣熔化不良，液渣中的一些高熔點(diǎn)固相存在導(dǎo)致渣圈局部粗大，這些高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)還可能進(jìn)入結(jié)晶器壁和新生坯殼間隙，由于新生的坯殼為塑性較好的奧氏體相，這些高熔點(diǎn)的硬性質(zhì)點(diǎn)會(huì)在其表面形成劃痕，導(dǎo)致鑄坯表面渣溝缺陷。通過對(duì)保護(hù)渣熔化性能的優(yōu)化，再配合連鑄工藝條件的調(diào)整，最終優(yōu)化出合適的保護(hù)渣，解決了該鋼廠GCr15軸承鋼在連鑄過程表面出現(xiàn)的渣溝缺陷問題，獲得了表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的連鑄坯。

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