大規(guī)格高碳鉻軸承鋼低倍縮孔分析

張玉亭 劉憲民

(石鋼京誠裝備技術(shù)有限公司，遼寧11500)

2016年以來，GCr15SiMn和GCr15鋼?150 mm～?180 mm大規(guī)格軸承鋼低倍縮孔出現(xiàn)比例為20.29%(見表1)，損害了大規(guī)格軸承鋼的質(zhì)量和品牌形象，制約了公司軸承鋼向更高端方向的發(fā)展。

表1 2016年1～12月大規(guī)格軸承鋼低倍情況Table 1 Macro detection situation of large bearing steel in 2016

1 理論分析與措施

1.1 理論分析

中心縮孔的形成是由于鑄坯在凝固過程中，液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r發(fā)生的體積收縮以及鑄坯向外傳熱使鑄坯中心已凝固部位繼續(xù)冷卻產(chǎn)生的體積收縮不能被鋼液補(bǔ)充引起的[1]。尤其是大圓連鑄坯(?600 mm)，連鑄坯中心存在大量間斷性縮孔，以及低熔點(diǎn)夾雜物的富集。軸承鋼固液兩相區(qū)寬，大型連鑄坯的截面積大，糊狀區(qū)更長，極易導(dǎo)致由于補(bǔ)縮上形成間斷性縮孔。若后期加熱軋制過程中，沒有足夠壓透壓實(shí)，圓鋼上就不可避免的形成縮孔。基于以上分析，消除圓鋼低倍縮孔著重從減輕連鑄坯低倍及改善軋制壓下量入手進(jìn)行優(yōu)化。

1.2 主要措施

1.2.1 加強(qiáng)連鑄中包過熱度控制研究，優(yōu)化中包過熱度工藝參數(shù)

設(shè)計軸承鋼過熱度控制在20～30℃，但由于連澆爐數(shù)的相對較少及操作水平的限制，實(shí)際生產(chǎn)中，過熱度控制并不理想。基本維持在40～50℃。其中，澆注第1爐中包過熱度49.53℃，連澆爐次中包過熱度38.3℃。

連鑄坯低倍縮孔沒有明顯改進(jìn)(見表2)。

表2 全年連鑄坯低倍評級Table 2 Annual grade evaluation on macro defects of casting billets

1.2.2 壓下量和軋制速度優(yōu)化對比試驗(yàn)研究

5月份生產(chǎn)?170 mm、?180 mm軸承鋼時，試驗(yàn)增大開坯輥前5道次壓下量，增大幅度5～10 mm。6月再次試驗(yàn)?160 mm、?170 mm、?180 mm軸承鋼時，增大開坯輥道次壓下量。通過兩次壓下量增大試驗(yàn)，有一定改善，但仍不同程度存在低倍縮孔，需要進(jìn)一步分析、改進(jìn)。7月份開始對切取的檢測缺陷料段進(jìn)行解剖、高低倍觀察、分析。

對7023308A分別進(jìn)行兩端橫向低倍檢驗(yàn)，橫向低倍中心存在缺陷。低倍形貌如圖1所示。

對7023309A進(jìn)行橫向低倍檢驗(yàn)，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在密集的皮下夾雜，同時心部存在缺陷，具體形貌見圖2。

圖1 7023308A低倍形貌Figure 1 Macroscopic morphology of 7023308A

圖2 7023309A低倍形貌Figure 2 Macroscopic morphology of 7023309A

圖3 缺陷形貌Figure 3 Microstructure of defects

圖4 孔洞形貌及碳化物網(wǎng)圍成的晶粒Figure 4 Microscopic morphology of hole and grains surrounded by carbide net

1.3 高倍檢驗(yàn)

從試料7023308A上進(jìn)行缺陷取樣，進(jìn)行高倍觀察，發(fā)現(xiàn)存在很多孔洞，具體形貌見圖3。

腐蝕后發(fā)現(xiàn)孔洞沿碳化物網(wǎng)居多，同時碳化物網(wǎng)圍成的晶粒度較大，級別約為2級，具體形貌見圖4。

對試樣邊緣、半徑1/2和心部進(jìn)行組織觀察，觀察發(fā)現(xiàn)，邊緣組織較細(xì)，心部和半徑1/2組織較粗大，具體形貌見圖5。

對7023309A進(jìn)行高倍觀察，同樣發(fā)現(xiàn)孔洞缺陷，缺陷具有孔隙特征，具體形貌見圖6。

結(jié)合宏觀、低倍、高倍以及斷口和SEM的特征，分析認(rèn)為此缺陷為殘余縮孔。由于存在殘余縮孔，與之相隨存在較重的偏析，長時間高溫加熱過程中，出現(xiàn)沿晶石狀斷口過熱特征。分析認(rèn)為，應(yīng)是加熱溫度或時間過長，導(dǎo)致心部過熱，尤其當(dāng)心部低熔點(diǎn)物質(zhì)相對較多時，在后續(xù)軋制過程中，心部溫度升高，導(dǎo)致鋼坯心部出現(xiàn)液芯，進(jìn)而在隨后的冷卻過程中，凝固后無法補(bǔ)縮，形成縮孔。據(jù)此分析認(rèn)為，過熱原因影響較大。下一步應(yīng)重點(diǎn)優(yōu)化加熱工藝及參數(shù)。

(a)皮下 (b)半徑1/2 (c)心部圖5 珠光體+碳化物Figure 5 Pearlite +carbide

圖6 缺陷高倍形貌Figure 6 Microscopic morphology of detects

2 改進(jìn)措施

基于以上試驗(yàn)及檢測分析，調(diào)整加熱參數(shù)。確定開軋溫度按1120～1150℃區(qū)間中下限控制。熱裝按12～15分/每步生產(chǎn)，1～5區(qū)溫度按中限控制，7區(qū)按1070～1160℃控制。

按以上工藝進(jìn)行幾輪試驗(yàn)，效果明顯，縮孔全部消失。

2.1 加熱制度優(yōu)化對比試驗(yàn)研究

高溫段時間與縮孔率的對應(yīng)關(guān)系見表3?？偧訜釙r間與縮孔率的對應(yīng)關(guān)系見表4。開軋溫度與縮孔率的對應(yīng)關(guān)系見表5。

從表3可以看出，隨著高溫段時間的減少，縮孔率顯著降低，尤其低于10 h后，沒有再出現(xiàn)過。

從表4可以看出，隨著總加熱時間的減少，縮孔率顯著降低。

2018年1月份除鱗水改造，開軋溫度測溫數(shù)值偏高。從表5可以看出，隨著開軋溫度的適當(dāng)降低，縮孔率顯著降低。

表3 高溫段時間與縮孔率的對應(yīng)關(guān)系Table 3 Relationship between high temperature stage and shrinkage ratio

表4 總加熱時間與縮孔率的對應(yīng)關(guān)系Table 4 Relationship between heating time and shrinkage ratio

表5 開軋溫度與縮孔率的對應(yīng)關(guān)系Table 5 Relationship between rolling temperature and shrinkage ratio

2.2 改變加熱參數(shù)后，其他指標(biāo)的影響

其他高倍及低倍參數(shù)見表6。

加熱時間及溫度降低后，帶狀、液析、中心偏析級別沒有明顯變化，說明適當(dāng)降低加熱時間及溫度效果明顯。

2.3 全年縮孔率趨勢圖

全年累計生產(chǎn)?150 mm及?150 mm以上軸承鋼3135 t，低倍縮孔率大幅度改善。尤其進(jìn)入7月份以后，通過調(diào)整加熱工藝參數(shù)，低倍縮孔穩(wěn)定維持零出現(xiàn)率。全年低倍縮孔趨勢如圖7所示。

表 6 其他高倍及低倍參數(shù)Table 6 Other micro and macro parameters

圖 7 全年低倍縮孔趨勢Figure 7 Annual macroshrinkage trend

目前客戶使用效果較好，質(zhì)量穩(wěn)定，沒有不良反饋。

4 結(jié)論

(1)大圓連鑄坯(?600mm)的低倍縮孔在現(xiàn)有的工藝技術(shù)條件下改善難度較大。一是軸承鋼鋼種特性，兩相區(qū)寬；二是由于生產(chǎn)斷面很大，液芯長，凝固時間長，難以避免間斷性縮孔。

(2)采用大圓連鑄坯軋制生產(chǎn)的大規(guī)格高碳鉻軸承鋼出現(xiàn)了低倍縮孔，通過解剖低倍縮孔，進(jìn)行高倍觀察，出現(xiàn)沿晶石狀斷口過熱特征。所謂的圓鋼低倍縮孔，應(yīng)是過熱導(dǎo)致的縮孔。

(3)采取適當(dāng)降低高溫保溫時間，控制適當(dāng)?shù)偷目偧訜釙r間，避免鑄坯心部過熱，保證隨后的軋制過程中，不出現(xiàn)心部過熱，避免出現(xiàn)二次熔化與凝固，有效避免了低倍縮孔。