260mm×300mm轴承钢连铸坯生产φ70～φ75mm棒材的工艺实践

　　摘　要：通过严格控制冶炼、轧制过程，采取快速加热工艺及对Φ650mm×1/Φ550mm×1/Φ550mm×4半连轧生产线的孔型系统重新进行设计、优化，莱钢成功开发了采用260mm×300mm大断面连铸坯生产φ70～φ75mm规格GCr15轴承钢棒材。实践表明，该工艺合理可行、轧制过程稳定，且产品的各项性能指标均符合国家标准要求。
　　关键词：轴承钢；棒材；连铸坯；半连轧；工艺实践
　　1　前言
　　GCr15轴承钢是高碳铬轴承钢的代表钢种，具有高而均匀的淬火、回火硬度、良好的耐磨性和长的接触疲劳寿命等优良的综合性能，目前仍然是世界各国轴承钢制造商的首选品种。由于受GCr15轴承钢化学成分、内部组织均匀性、钢的纯净度和表面脱碳等的要求，莱钢特殊钢厂一直采用150mm×150mm、180mm×220mm小断面连铸坯生产φ65mm以下小规格GCr15轴承钢棒材，且国内冶金企业没有采用大断面连铸坯生产φ70mm以上规格GCr15轴承钢棒材的先例。为了满足市场需求，扩大轴承钢品种规格范围，莱钢特殊钢厂开发了采用260mm×300mm大断面连铸坯生产φ70～φ75mm规格GCr15轴承钢棒材的新工艺。
　　由于GCr15轴承钢连铸坯要经过足够的变形后才能获得良好的低倍组织，一般认为，生产套圈及滚柱用的棒材，延伸系数要大于10～15，生产滚珠用的棒材延伸系数要大于30～50；采用260mm×300mm断面连铸坯生产φ70～φ75mm轴承钢棒材的总延伸系数为：
　　μ_总=F_坯/F_成=（260×300）/（3.14×75×75/4）=78000/4415.625≈17.665＞15。
　　所以采用260mm×300mm断面连铸坯生产φ70～φ75mm轴承钢棒材用于制作套圈及滚柱是完全可行的。
　　2　生产工艺流程
　　轴承钢的生产流程为：废钢+铁水→50t电弧炉（偏心炉底出钢）→LF（VD）→连铸→260mm×300mm连铸坯装炉→连铸坯加热→连铸坯出钢→高压水除鳞→Φ650mm×1轧制→Φ550mm×1轧制→Φ550mm×4轧制→Φ1800mm×2锯切→冷床冷却→收集→堆垛缓冷→精整修磨（取样）→打捆包装→称重→入库。
　　2.1 冶炼工艺
　　50t EAF-UHP电弧炉通过全程泡沫渣工艺，采用高电压、低电流长弧冶炼操作，去除初炼钢液中硫、磷等有害元素，并且保证钢液终点碳的含量达到规定要求；50t LF精炼炉采用高碱度精炼渣二次精炼，降低氧含量，延长钢液的洁净度，减少夹杂物数量；通过VD炉真空脱氢、脱氮、脱氧，使钢液中氢的含量小于2×10^-6，氮含量小于4×10^-5，平均氧含量控制在6×10^-6以内。
　　连铸过程中通过控制中间包温度；采用大包长水口、中间包浸入式水口、全程吹氩气保护，减少钢液二次污染；中间包采用挡渣坝、挡墙技术，实现高液面控制，延长钢水在中间包停留时间，促使夹杂物上浮，减少卷渣事故的发生；利用电磁搅拌充分搅拌钢液；合理二冷配水；控制拉速，提高连铸坯内部和表面质量，满足轧钢工序的要求。
　　2.2 轧钢工艺
　　为了避免连铸坯在加热过程中出现粘钢，连铸坯在装炉之前用玻璃水涂抹260mm两个竖侧面。轴承钢连铸坯装炉之前先装隔号坯，保温时留在加热炉炉头压平台，防止炉头吸入冷空气，影响轴承钢连铸坯的加热质量。上加热段温度控制在1250～1280℃；下加热段1260～1290℃；均热段1200～1220℃；预热段温度≥800℃。炉内保持微正压，气氛保持弱还原性。连铸坯预热到800℃以上后，进行快速加热，提温时间≥2h。连铸坯在加热段内温度达到（1250±20）℃后，进行保温扩散，消除连铸坯浇注过程中产生的碳化物液析、改善碳化物带状和网状不均匀性，保温时间≥2.5h。连铸坯在加热炉内的总加热时间≥4.5h。
　　为了满足φ70～φ75mm GCr15轴承钢棒材的生产要求，对连轧机组轧机孔型系统重新进行设计。Φ650mm×1轧机采用扁箱—扁箱—箱方—扁箱—箱方—扁箱—箱方—扁箱—箱方共轭孔型系统，轧制9个道次，第9道次下料尺寸为135mm×135mm，各道次料形尺寸见表1。Φ550mm×1轧机采用扁箱—扁箱—箱方共轭孔型系统，轧制3道次，第3道次下料尺寸为100mm×100mm，各道次料形尺寸见表2。Φ550mm×4连轧机组采用扁平—立压—椭圆—圆万能孔型系统，φ70mm与φ75mm共用1套孔型系统。各道次料形尺寸见表3。
　　GCr15轴承钢具有形成白点的倾向性，轧后必须进行缓冷。为了保证下冷床温度不低于600℃，轧后必须快速锯切、移动收集和堆垛缓冷，堆垛缓冷区域关闭门窗，地面保持干燥，盖上保温罩缓冷24h后精整修磨。
　　3　质量检测与分析
　　对试制的4炉φ70mm轴承钢棒材每炉取6支试样进行高倍和低倍检验，结果见表4和表5。
　　检验结果表明：采用260mm×300mm断面的轴承钢连铸坯生产φ70～φ75mm棒材，低倍、高倍检验结果均符合GB/T 18254-2002标准的技术要求，而且表面质量和尺寸精度均满足国家二级标准要求，用户使用后反映情况良好。
　　4　结语
　　260mm×300mm断面连铸坯经Φ650mm×1/Φ550mm×1/Φ550mm×4半连轧轧线生产φ70～φ75mm轴承钢棒材的工艺是合理、可行的，产品轧制过程稳定，所生产的钢材表面及各项性能指标均符合GB/T 18254-2002标准要求，对大规格轴承钢棒材的生产具有较好的借鉴作用。