張玉亭 劉憲民

(石鋼京誠裝備技術有限公司，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，極易導致由于補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，圓鋼上就不可避免的形成縮孔?；谝陨戏治?，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行優(yōu)化。

1.2 主要措施

1.2.1 加強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，實際生產(chǎn)中，過熱度控制并不理想?；揪S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(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)化對比試驗研究

5月份生產(chǎn)?170 mm、?180 mm軸承鋼時，試驗增大開坯輥前5道次壓下量，增大幅度5～10 mm。6月再次試驗?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，有一定改善，但仍不同程度存在低倍縮孔，需要進一步分析、改進。7月份開始對切取的檢測缺陷料段進行解剖、高低倍觀察、分析。

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

對7023309A進行橫向低倍檢驗，檢驗發(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

從試料7023308A上進行缺陷取樣，進行高倍觀察，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和心部進行組織觀察，觀察發(fā)現(xiàn)，邊緣組織較細，心部和半徑1/2組織較粗大，具體形貌見圖5。

對7023309A進行高倍觀察，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。分析認為，應是加熱溫度或時間過長，導致心部過熱，尤其當心部低熔點物質(zhì)相對較多時，在后續(xù)軋制過程中，心部溫度升高，導致鋼坯心部出現(xiàn)液芯，進而在隨后的冷卻過程中，凝固后無法補縮，形成縮孔。據(jù)此分析認為，過熱原因影響較大。下一步應重點優(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 改進措施

基于以上試驗及檢測分析，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。

按以上工藝進行幾輪試驗，效果明顯，縮孔全部消失。

2.1 加熱制度優(yōu)化對比試驗研究

高溫段時間與縮孔率的對應關系見表3?？偧訜釙r間與縮孔率的對應關系見表4。開軋溫度與縮孔率的對應關系見表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降低，縮孔率顯著降低。

表3 高溫段時間與縮孔率的對應關系Table 3 Relationship between high temperature stage and shrinkage ratio

表4 總加熱時間與縮孔率的對應關系Table 4 Relationship between heating time and shrinkage ratio

表5 開軋溫度與縮孔率的對應關系Table 5 Relationship between rolling temperature and shrinkage ratio

2.2 改變加熱參數(shù)后，其他指標的影響

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，應是過熱導致的縮孔。

(3)采取適當降低高溫保溫時間，控制適當?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。