小压缩比生产大规格高碳铬轴承钢棒材的方法与流程

1.本发明涉及冶金行业合金钢的制造技术，尤其是一种小压缩比生产大规格高碳铬轴承钢棒材的方法。


背景技术：

2.国外早在80年代，已采用连铸技术生产高碳铬轴承钢。国内特钢企业在90年代开始研究高碳铬轴承钢的冶炼与连铸技术。由于相关的工艺装备配套不全，易产生中心偏析和中心疏松问题，因此，国内外特钢企业一般均采用大方坯连铸坯一火或二火的连铸-轧制生产方法，利用较大的金属压缩比改善材料的内部质量。
3.近年来，冶金行业大力发展连铸工艺技术使热连轧棒材的总压缩比不断减小。但是对于连铸工序而言，一是尽可能将中心疏松和中心偏析降到最低来确保连铸坯的高质量。在保证连铸坯质量的情况下，仍需通过的一定的压缩比轧制才能使成品钢材达到相应的性能要求。就当前连铸技术的发展水平而言，连铸坯尺寸仍不可能无限接近成品材的尺寸，尤其是合金钢连铸方坯，必须根据连铸坯的致密性来考虑必要的压缩比。
4.高碳铬轴承钢gcr15属于过共析钢，碳含量高达1%，导致其钢水液相线和固相线温度相差相对较大，在凝固冷却过程中的收缩要大于一般低碳钢。gcr15铸坯在凝固过程中发生的体积收缩，以及铸坯向外传热使铸坯中心已凝固部位继续冷却产生的体积收缩不能被钢液补充，从而在铸坯中心产生周期性、断续的缩孔。连铸坯中心缩孔在轧制过程不能愈合导致圆钢上存在缩孔，严重影响钢材性能。从有关文献资料来看，连铸高碳铬轴承钢的钢坯轧制钢材的压缩比（钢坯的横截面积与钢材的截面面积之比），常规为20左右、较好的为15左右，国内压缩比最小为14。
5.对于轧制生产的棒材来说，轧制的压缩比是决定轧件组织性能的关键工艺参数，压缩比的表示方法是轧前轧件的横截面积与轧后轧件的横截面积之比。过去普遍认为，连铸合金钢的产品质量要求高并且难以控制和保证，常以压缩比的大小来控制产品的质量。压缩比越大，其坯料的变形程度越大；如果压缩比小，就意味着铸坯的变形程度小；尤其是轧制大断面铸坯时，轧制变形基本上都在大断面铸坯表面和次表层，变形很难渗透到心部，这样最终获得的轧件心部组织难以改善，孔隙性等冶金缺陷也难以压实焊合，进而棒材产品的力学性能也难以稳定。因此，从提高钢材产品的性能来看，压缩比越大越好。
6.此外，s.艾克隆德以其研究和试验数据提出独具特色的半经验公司，指出轧制过程的变形速率对轧材内部的质量有一定的影响。但用于热轧时计算平均压力，该公式有一定的适用范围：钢坯轧制温度≥800℃，材质为碳钢（mn≤1 %，cr≤2～3%），轧制速度不大于20m/s等条件；其公式如式（1）所示：（1）式（1）中：
c为（0.9682 0.00656v），修正后，其速度范围可达5～60m/s；r为轧辊轧槽半径mm；v为轧制线速度m/s；h、h轧件的轧前、后厚度；b、h为轧件的前、后宽度；
△
h= h
–
h为绝对压下量。
7.计算k和η的经验式如式（2）、式（3）所示：k=9.8
×
(14-0.01t)(1.4 c mn) mpa
ꢀꢀ
（2）η=0.1
×
(14-0.01t) mpa
·sꢀꢀ
（3）式（2）和（3）中：t—轧制温度，℃；c—以%表示的碳含量；mn—以%表示的锰含量。
8.μ用下述公式（4）计算：μ= a(1.05-0.0005t)
ꢀꢀ
（4）式（4）中：对于钢轧辊a=1，铸铁轧辊a=0.8；t为轧制温度.当温度t≥800℃和锰含量1.0%时，平均压力与粘性系数和平均变形速度成正比关系；而粘性系数与轧制速度有关，轧制速度越大、黏性系数越小，所以平均单位压力越小。由以上分析可以得出，降低轧制速度，平均单位压力增大。
9.目前有关连铸高碳铬轴承钢的压缩比控制的相关专利申请如下所述。
10.申请号cn200410089358.2的中国专利申请提供了一种减少和细化高碳铬轴承钢d类夹杂物的生产方法；其虽在文件中提到压缩比＞10，但未提及轧制相关方面的控制方法。
11.申请号cn200710046394.4的中国专利申请采用220
×
220mm2的连铸坯轧制20～75mm（包括70mm）的连铸轴承钢圆钢，最小压缩比为10.96；连铸坯生产过程，控制中间包内的钢水的过热度为20～30℃，连铸拉速控制在0.70～1.10m/min；二冷强度控制在0.30～0.50 l/kg，加热最高温度1220～1250℃，总加热时间在270min以上；但未提及轧制过程的工艺参数。
12.申请号cn02112241.5的中国专利申请采用连铸轴承钢小方坯（120
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120mm2、140
×
140mm2、160
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160mm2），轧制50mm以下规格，压缩比最小为9.98。该方法主要阐述炼钢工艺的控制，过热度20～40℃，拉速1.9～2.5m/min、比水量0.5～0.9l/kg、并配合电磁搅拌，控制铸坯的低倍质量，以此来满足小压缩比下的轴承钢成品质量；但未提及轧制过程的工艺参数。


技术实现要素：

13.本发明要解决的技术问题是提供一种小压缩比生产大规格高碳铬轴承钢棒材的方法，以保证棒材的低倍组织满足gb/t18254-2016高碳铬轴承钢优质钢标准要求。
14.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括连铸和棒材轧制过程，所述连铸过程：全程保护浇注，中间包内的钢液温度1465～1485℃；结晶器电磁搅拌的电流为330～350a，频率为3～4hz；二冷末端电磁搅拌的电流为340～360a，频率为8～9hz；连铸坯的拉坯速度为0.8～1.0m/min，通过二次冷却凝固，二次冷却强度为0.2～0.3l/kg；所得连铸方坯的中心疏松不大于2.0级、中心缩孔不大于1.5级，断面尺寸为197～205
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197～205mm2；
所述棒材轧制过程：将连铸方坯装入轧钢加热炉内加热；连铸坯出炉后进入粗轧机，圆钢φ70～90mm规格成品的出口速度为0.90～1.5m/s；轧制为φ70～90mm的圆钢。
15.本发明所述棒材轧制过程中，加热时炉气最高温度控制在1200～1250℃，总加热时间不低于240min。
16.本发明所述棒材轧制过程中，前三架粗轧机的压下量分别为37～45mm、53～61mm和75～83mm。
17.本发明所述高碳铬轴承钢为gcr15。
18.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过控制中间包钢水过热度、连铸拉钢速度、二冷强度，并配合结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌辅助设备，生产出中心疏松不大于2.5级，中心缩孔不大于2.0级的连铸方坯，断面尺寸197～205
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197～205mm2；棒材轧制时通过降低轧制成品速度，生产出φ70～90mm的圆钢，压缩比为6.29～10.40；最终实现连铸方坯小压缩比轧制大规格轴承钢棒材，且低倍组织满足gb/t18254-2016高碳铬轴承钢优质钢标准要求。本发明保证轴承钢性能合格的前提下，采用小压缩比生产大规格棒材，扩大设备生产能力；本发明提升连铸机-轧钢生产线的产能，提高现有工艺装备下的利用率；能采用小坯型的连铸坯生产规格偏大的连铸轴承钢圆钢，突破现有的连铸高碳铬轴承钢的压缩比控制的难题。
附图说明
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
20.图1是本发明实施例1所得圆钢的低倍组织图；图2是本发明实施例2所得圆钢的低倍组织图；图3是本发明实施例3所得圆钢的低倍组织图；图4是本发明实施例4所得圆钢的低倍组织图；图5是本发明实施例5所得圆钢的低倍组织图。
具体实施方式
21.本小压缩比生产大规格高碳铬轴承钢棒材的方法采用转炉初炼、lf精炼、rh真空处理、连铸和连轧过程；其工艺过程如下所述：（1）转炉初炼、lf精炼和rh真空处理：采用高炉铁水和废钢作为原料，经转炉初炼对钢液脱氧合金化后，再经过lf精炼和rh真空处理进行深脱氧并脱气去夹杂，最终使得钢液的化学成分满足要求，并控制rh出站的钢液温度为1500～1510℃；所得gcr15钢钢液的化学成分及重量百分比分别为：c 0.95～1.05%、si 0.15～0.35%、mn 0.25～0.45%、s≤0.020%、p≤0.020%、cr 1.40～1.65%、al≤0.0050%、ti≤0.0030%、ca≤0.0010%、cu≤0.10%、mo≤0.10%、ni≤0.10%、as≤0.04%、pb≤0.002%、as sn sb≤0.075%、o≤0.0012%，剩余为fe和不可避免的杂质。
22.（2）连铸：连铸过程全程保护浇注，中间包内的钢液温度1465～1485℃；结晶器电磁搅拌的电流为330～350a、频率为3～4hz；二冷末端电磁搅拌的电流为340～360a、频率为8～9hz；连铸坯以0.8～1.0m/min的拉坯速度，通过二次冷却凝固，二次冷却的强度即二冷比水量为0.2～0.3l/kg；最终生产出中心疏松不大于2.0级、中心缩孔不大于1.5级的轴承
钢连铸方坯，断面尺寸为197～205
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197～205mm2。
23.（3）棒材轧制：将连铸方坯装入轧钢加热炉内，炉气最高温度控制在1200～1250℃、总加热时间不低于240min；连铸坯出炉后进入粗轧机，前三架粗轧机的压下量分别为37～45mm、53～61mm和75～83mm；精轧后得到圆钢成品，成品出口速度为0.90～1.5m/s，该出口速度为常规工艺的62～70%；所述圆钢成品规格为φ70～90mm，压缩比即钢坯的横截面积与最终圆钢成品的截面面积之比为6.29～10.40。
24.（4）所得圆钢经低倍组织检测，满足gb/t18254-2016高碳铬轴承钢优质钢标准要求。
25.实施例1-5：本小压缩比生产大规格高碳铬轴承钢棒材的方法采用下述具体工艺。
26.（1）各实施例的转炉初炼、lf精炼和rh真空处理后，得到gcr15钢的钢液。
27.（2）各实施例的工艺参数见表1；所述gcr15钢的钢液经连铸、棒材轧制，得到棒材-圆钢。
28.表1：各实施例的工艺参数表1中，粗轧压下量为前三架粗轧机的压下量，即原坯料与轧后轧件的高度差值。
29.（3）实施例1-5所生产的圆钢按gb/t18254-2016的标准要求检测，检测结果满足高碳铬轴承钢优质钢的标准要求，结果见表2；各实施例所得圆钢的典型低倍照片见图1-5。
30.表2：所得圆钢的低倍检验结果
由图1-5和表2可见，本方法实现了连铸方坯小压缩比轧制大规格轴承钢棒材，且低倍组织满足gb/t18254-2016高碳铬轴承钢优质钢标准要求。可见，本方法扩大了轴承钢坯料生产棒材的使用极限提高了设备的利用率，解决了企业生产组织的困境。