一種軸承鋼全保護(hù)澆注研究方法

李運(yùn)輝

南京鋼鐵聯(lián)合有限公司特鋼事業(yè)部第三煉鋼廠連鑄車間 江蘇 南京 210035

1 前言

軸承鋼是重要的機(jī)械零件，在鐵路運(yùn)輸、汽車制造、機(jī)械加工、甚至是軍工制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，對(duì)疲勞壽命及可靠性要求高[1－4]。軸承鋼的一個(gè)重要研究方向就是高潔凈度化，要求連鑄澆注過(guò)程必須要防止鋼水二次氧化，連鑄保護(hù)澆注方式成為提高軸承鋼內(nèi)部純凈度的研究方向。

保護(hù)澆注是指連續(xù)鑄鋼過(guò)程中對(duì)裸露于空氣中的鋼液采取保護(hù)，以避免鋼液被空氣二次氧化的一種重要的技術(shù)措施。軸承鋼澆注過(guò)程中與空氣接觸的點(diǎn)主要包括大包鋼液面，大包長(zhǎng)套管與鋼包下水口，中間包鋼液面，結(jié)晶器鋼液面。軸承鋼保護(hù)澆注沒(méi)有做好，會(huì)導(dǎo)致軸承鋼鋼液內(nèi)部產(chǎn)生夾雜，表現(xiàn)大型夾雜物來(lái)源于水口結(jié)瘤物的剝落，其演變機(jī)理是鋼中非金屬夾雜物經(jīng)歷了Al2O3→Mg O·Al2O3→Ca O－Mg O－Al2O3，演變軸承鋼中主要夾雜物為Ca O－Al2O3－Mg O、Ti N，滿足不了下道工序要求，因此必須實(shí)施全保護(hù)澆注。

2 研究方法

2.1 工藝流程 南鋼GCr15軸承鋼的生產(chǎn)工藝流程為：電爐→LF精煉→VD精煉→連鑄，此為軸承鋼成分。

表1 軸承鋼成分

2.2 研究方法 針對(duì)現(xiàn)有“CCM”工藝各階段，多級(jí)取樣、系統(tǒng)分析鋼中夾雜物和各環(huán)節(jié)渣成分的變化。具體取樣方案為：VD吊包上連鑄，連鑄開(kāi)澆5min、10min、25min、30min沖擊區(qū)、澆注區(qū)過(guò)程中同時(shí)取鋼樣、渣樣；在CCM開(kāi)澆10 min、20 min沖擊區(qū)均取提桶樣，具體加工方法如下圖1：將提桶樣下方10 mm高度的圓柱部分切除，在切除部分截取四分之一半圓，作為金相試樣，并分析橫截面；切出Ф5.5的圓棒作為T.O.、N分析用。

圖1 試樣加工示意圖

系統(tǒng)分析包括：

(1)用化學(xué)法分析渣中Fe O、Ca O、Si O2、Mg O、Al2O3等氧化物含量；

(2)用Aspex全自動(dòng)掃描電鏡分析試樣中夾雜物，每個(gè)金相樣掃描面積為100 mm2，對(duì)典型夾雜物進(jìn)行拍照和面掃描，做出夾雜物成分的三元相圖，找到夾雜物成分變化規(guī)律；

(3)用小樣電解方法分析鋼中夾雜物三維形貌。用于無(wú)損提取鋼中所有類型夾雜物。工藝流程主要包括：電解、磁選、淘洗、制樣和觀察。對(duì)分離出的三維夾雜物進(jìn)行粒度分析和形貌照相。

2.3 原生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 第三煉鋼廠在冶煉澆鑄軸承鋼時(shí)，鋼中的Al極易氧化，鋼液黏度大，水口因鋼水發(fā)粘結(jié)瘤，導(dǎo)致連鑄可澆鑄性降低，也影響軸承鋼內(nèi)部質(zhì)量的穩(wěn)定。原連鑄生產(chǎn)工藝流程如圖(生產(chǎn)工藝流程圖1－4)所示

2.4 新生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 生產(chǎn)軸承鋼必須實(shí)現(xiàn)全程嚴(yán)格執(zhí)行全保護(hù)澆鑄，杜絕鋼水與空氣接觸，防止Al氧化及降低鑄坯夾雜物的生產(chǎn)工藝，具體連鑄保護(hù)澆注新生產(chǎn)工藝流程如圖(生產(chǎn)工藝流程圖1－5)所示：

2.4.1 鋼包鋼水的密封：鋼水在精煉結(jié)束后保證一定的靜攪時(shí)間，使Al2O3夾雜物充分上浮，鋼液面加入定量的堿性保溫劑，阻止空氣接觸。當(dāng)鋼水上連鑄后，第一時(shí)間將大包包蓋加上，轉(zhuǎn)到澆鑄位等待開(kāi)澆，

2.4.2 鋼包至中包的密封：盡量保證鋼包自流，不自流時(shí)盡量不使用氧氣引流。大包套管使用專用的密封圈，大包套管氬封的氬氣流量和壓力進(jìn)行嚴(yán)格的控制，杜絕吸氣或鑄流對(duì)沖擊區(qū)的擾動(dòng)。

2.4.3 中包的密封：專門設(shè)計(jì)了有四路氣體的中包氬氣吹掃裝置，保證在開(kāi)澆前中包內(nèi)被氬氣沖滿。在抬起中包烘烤器的同時(shí)，將中包氬氣閥門打開(kāi)，向中包內(nèi)灌入一定的氬氣，開(kāi)動(dòng)中包車，待中包車開(kāi)到澆鑄位對(duì)好中后，將加上密封墊的大包長(zhǎng)水口迅速套在大包滑動(dòng)水口上，并開(kāi)啟大包長(zhǎng)水口氬封裝置，大包開(kāi)澆后，中包液面達(dá)到200 mm時(shí)，加入已烘烤過(guò)的專用堿性覆蓋劑，關(guān)閉中包氬封裝置；在澆注過(guò)程中，保持液面平穩(wěn)，保證滿液面澆鑄；控制大包沖擊區(qū)內(nèi)的渣層厚度，及時(shí)放渣大包；澆鑄末期，關(guān)注大包下渣情況，及時(shí)關(guān)閉滑動(dòng)水口。

2.4.4 中包內(nèi)裝水口的使用：中包使用側(cè)開(kāi)孔的內(nèi)裝水口，防止該區(qū)域內(nèi)與空氣接觸。

2.4.5 專用的保護(hù)渣和中包覆蓋劑：在考慮軸承鋼保護(hù)澆鑄防止二次氧化的同時(shí)，減少鋼中的Al將保護(hù)渣中的Si O2還原，使保護(hù)渣變性，惡化渣況，因此設(shè)計(jì)合適的軸承鋼專用保護(hù)渣和中包覆蓋劑，是解決軸承鋼澆鑄難題的不可或缺的一環(huán)，否則會(huì)引起嚴(yán)重的質(zhì)量和生產(chǎn)事故。

3 連鑄全保護(hù)澆結(jié)論

實(shí)施保護(hù)澆注減少了鋼中總氧量、鋼中酸溶鋁損失[5]、鑄坯中氮含量、渣中Al2O3含量，提升產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量。同時(shí)，改善了渣子流動(dòng)性，傳熱均勻，減少了鑄坯縱裂和漏鋼，同時(shí)也降低了Al2O3堵水口的機(jī)率。