一、軸承鋼GCr15生產工藝流程
目前，中國大部分煉鋼廠均采用轉爐生產軸承鋼GCr15矩形連鑄坯，其生產工藝流程為：高爐鐵水的氧化脫硫→立式轉爐煉鋼→LF爐精煉→RH爐精煉→矩形坯的連續(xù)鑄鋼→保溫送特鋼廠進行特色處理。
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(fā)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(xù)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矩形連鑄坯低倍質量的因素
（一）實驗正交設計方案
1.二冷水量。針對連鑄機二次冷卻區(qū)冷卻的強度對矩形連鑄鑄坯縮孔的大小、多少的影響，我國不同的鋼鐵廠對其有著不一樣的觀點。例如，我國某鋼鐵廠（廠一）生產小方坯高碳鋼的生產實踐經驗表明：在二冷區(qū)采用了電磁攪拌時，隨著二冷區(qū)冷卻強度的增強，連鑄小方坯的中心縮孔、中心偏析都有非常明顯減弱，鑄坯的質量也得到了明顯的改善。但是，隨著二次冷卻區(qū)的冷卻強度繼續(xù)增強到一定的強度的時候，矩形鑄坯內部的縮孔、縮松反而變得更加嚴重，而且鑄坯的中間出現(xiàn)比較嚴重的裂紋。因此可以得出結論：適當地增強二冷區(qū)的冷卻強度，不但可以使鑄坯內部組織晶粒細化，而且可以縮短鑄坯在凝固時的液相穴的深度（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“液相深度”的縮短，這對于鋼水冷凝時的補縮是非常有利的，因此可以降低鑄坯在產生過程中出現(xiàn)V字形偏析的可能性。我國某鋼鐵廠（廠二）則對其有著不同的觀點，鋼鐵廠（廠二）認為：增加二次冷卻區(qū)域冷卻的段數，可以使矩形連鑄坯在凝固的末端產生體積的相應收縮，因此，對于減輕鑄坯的中心縮松和縮孔危害是非常有利的[5]。
我國某大型煉鋼廠在最開始生產軸承鋼GCr15的時候，所采用二次冷卻的比水量為0.21×10-3m3/kg，試驗的過程是在其他影響條件都相同的情況下，對（0.15、0.20、0.23、0.26）×10-3m3/kg不同的比水量的情況下進行了對比試驗。
2.拉速。某鋼廠矩形坯連鑄機原始設計的軸承鋼工藝拉速為（0.45～0.50）m/min，鑄坯拉速選取兩個檔次0.45m/min和0.50m/min。
3.壓下量。某鋼廠原設計的軸承鋼GCr15的壓下總量為4.5mm，在此壓下量范圍內，為選擇一個更加合適壓下量，壓下量分別選定為1mm、2mm、3mm和4mm。
4.正交設計。
（二）比水量對鑄坯低倍質量的影響分析
通過正交設計，按照表1.1比水量、壓下量和拉速正交設計試驗方案進行的試驗，其得到的試驗結果的數據表明，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量，尤其是對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，通過這次正交試驗結果我們還可以知道：當二冷區(qū)冷卻強度增長到一定強度時，連鑄坯出現(xiàn)的中心偏析程度反而會出現(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量。由試驗結果可得一個比較合適的二冷比水量為0.27×10-3m3/kg，在此比水量進行冷卻時得到的鑄坯質量最佳。
（三）拉速對鑄坯低倍質量的影響分析
拉速對鑄坯縮孔的影響補充試驗進行了3爐，分析三爐鑄坯低倍檢驗結果可知，連鑄坯縮孔隨著拉坯速度的降低，缺陷率也隨之降低。
但是，在后期的生產實踐過程中，當拉速降到過小時（小于了0.35m/min），實驗中矩形連鑄坯的疏松和縮孔缺陷反而變得嚴重。其主要的原因是過小的拉速，縮短了連鑄坯的液芯長度，因此，使的連鑄坯在到達壓下輥位置之前早已經完全凝固了，這樣輕壓下的功能基本失效。因此，最終我廠的連鑄工藝拉速確定在0.37～0.42m/min。又因考慮到生產效率與產品質量要兼顧，最終確定拉坯速度偏上限，恒定在0.42m/min。
（四）連鑄機輕壓下的壓下量對連鑄坯低倍質量的影響分析
有連鑄機輕壓下的壓下量對連鑄坯縮孔和中心疏松缺陷影響的試驗結果分析表明：在其他連鑄工藝控制的參數都相同的條件下，隨著連鑄機壓下量的增大，鑄坯縮孔缺陷有所減輕。但在連鑄機輕壓下的壓下量過大時，反而會導致連鑄坯產生中間裂紋。由于本次試驗做的三次試驗的拉坯速度均較高，所以，即使增大壓下量，仍然不會避免上述試驗產出的鑄坯出現(xiàn)縮孔的缺陷。但是通過本次試驗，我們還是可以看出在總壓下量為6mm時，各壓下輥將總壓下量平均分配是目前較為合理的連鑄機壓下工藝。
（五）工藝調整完的連鑄鑄坯的質量
通過對這次試驗結果數據的分析，確定了國內某大型鋼鐵廠用連鑄機生產軸承鋼GCr15矩形坯的生產工藝參數為：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。
該實驗鋼鐵廠使用改進后的工藝參數后，對于軸承鋼GCr15矩形鑄坯的低倍缺陷等級中：中心疏松平均等級為0.45-1.55，小于1.0的等級所占的比例為94.98%。中心縮孔的等級為0.10-2.10，小于1.0所占的比例為95.78%。通過實驗所得數據可知，改變了工藝參數后，軸承鋼GCr15矩形連鑄坯的低倍質量缺陷（中心縮孔和疏松等）出現(xiàn)幾率得到顯著的降低。
三、試驗結論
1.在生產軸承鋼GCr15矩形坯連鑄的過程中，適當的增強二冷強度能有效地縮短鑄坯的液相穴深度，因此對于軸承鋼鋼水的補縮是非常有利的，從而減輕了連鑄坯的中心縮松和縮孔的缺陷。我國某大型煉鋼廠生產軸承鋼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，連鑄坯的中心縮孔位置得不到充分的補縮，因此，容易導致縮孔缺陷。但是，如果拉坯速度過低，則鑄坯在冷卻過程中的液芯長度會有所縮短，從而會導致連鑄坯在到達壓下輥位置時，就早已經完全凝固了，這樣輕壓下就失去了作用，因此，連鑄機的輕壓下功能就是去了存在的意義。我國某大型煉鋼廠生產軸承鋼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鑄坯實施一定的下壓量，從而可以補償或是抵消掉鑄坯由于凝固而產生的收縮量，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，從而達到改善鑄坯縮孔和中心偏析的缺陷。我國某大型鋼廠生產軸承鋼GCr15連鑄機的總壓下量為6mm。
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來源：《學周刊》2015年01期
作者：馬永順 孫雪影
