GCr15轴承钢大方坯连铸动态轻压下工艺 【技术领域】
本发明涉及一种连铸工艺，特别是可消除或减轻大方坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔等铸坯内部质量缺陷的GCr15轴承钢大方坯连铸动态轻压下工艺，属冶金连铸技术领域。
背景技术
GCr15轴承钢为高碳铬轴承钢，碳含量和合金含量较高，凝固区间的温度变化大，凝固间隙长度长，糊状区宽，因此凝固过程中容易形成严重的中心偏析，且在后期的加热、轧制过程中难以被有效消除。高碳铬轴承钢中心偏析的存在，导致连铸轴承钢只适宜做套圈而不能做滚动体(球、珠、针)；并且随着碳化物带状偏析的加剧，热处理的敏感性增强，高低碳带之间的显微硬度差增大，影响接触疲劳寿命。另外，由于大方坯连铸机铸坯断面尺寸大，因而铸坯凝固时间更长，铸坯产生中心偏析、中心疏松、中心裂纹等中心缺陷的倾向性更大。因此，研究制定合理的GCr15轴承钢连铸工艺，有效的解决连铸坯中心偏析、中心疏松等较为严重的技术难题，对于减少后续工序的能量损耗、提高产品的热加工性能，生产高品质和高附加值的轴承钢至关重要。
对于减轻GCr15轴承钢大方坯中心偏析、成分偏析、中心疏松、中心缩孔等铸坯内部质量缺陷的方法，业内人士做了大量的研究，如《江苏冶金》杂志2008年8月曾报道兴澄特钢轴承钢300mm×340mm大方坯连铸采用全程无氧化保护浇注、M+F-EMS电磁搅拌工艺技术、中间包冶金技术，通过采用低过热度、控制拉坯速度浇注从而改善中心偏析及缩孔，铸坯中心碳偏析为1.12；《特殊钢》杂志2009年2月报道了北满特殊钢采用静态轻压下技术改善GCr15轴承钢240mm×240mm大方坯偏析，GCr15轴承钢大方坯的中心疏松级别由2.0～2.5级降低为1.0～1.5级，铸坯中心碳偏析指数由1.17～1.26降低为1.07～1.13，；《工艺技术》杂志2008年2月报道了东北特钢采用末端轻压下技术改善GCr15轴承钢240mm×240mm大方坯铸坯质量，在一、二、三拉矫机位置上同时实施轻压下，压下量为7～8mm，三机架的分配比分别为3∶3∶2，3∶2∶2。实施轻压下后，铸坯横向偏析指数由1.06～1.28降至1.00～1.18，铸坯纵向偏析指数由1.07～1.5降至0.95～1.18。上述研究对解决GCr15轴承钢中心偏析、疏松、缩孔等问题起到一定的作用，但仍存有下述问题：(1)电磁搅拌技术不能有效的补偿钢水凝固收缩，在钢液凝固末端位置变化时，不能调整搅拌位置，限制了工艺过程的实现；(2)上述报道中的GCr15轴承钢大方坯连铸轻压下都属于“静态轻压下”，“静态轻压下”其轻压下位置、压下量、压下速率在连铸浇注过程中是固定不变的，而铸坯凝固末端位置是决定轻压下工艺是否合理的一个重要参数，因此，在连铸拉速、过热度、冷却强度等变化时，采用静态轻压下工艺难以成功减轻连铸坯的中心偏析、中心疏松等中心缺陷。此外，国家专利200710048924.9中公开一种重轨钢大方坯连铸动态轻压下工艺，但由于GCr15轴承钢与重轨钢的碳含量及合金元素含量有很大差别，且GCr15轴承钢高温塑性非常差，在1150℃最高的断面收缩率也没有超过60％，高脆性区为950～1050℃和1250℃～熔点，GCr15轴承钢属碳含量较高的钢种，裂纹敏感性很强，因此该专利中所提出的动态轻压下工艺并不适合碳含量较高且含有可提高铸坯强度、硬度的铬元素的GCr15轴承钢。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可显著减轻或消除中心偏析、中心疏松、中心缩孔等缺陷的GCr15轴承钢大方坯连铸动态轻压下工艺。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种GCr15轴承钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特别之处是：在连铸轻压下区域，通过铸坯中心固相率fs的变化来控制压下量，轻压下机架压下量和铸坯中心固相率的关系为：当0≤fs＜0.4时压下量为0，当0.40≤fs≤0.44时压下量为1.5mm，当0.58≤fs≤0.62时压下量为2.5mm，当0.73≤fs≤0.77时压下量为3.5mm，当0.84≤fs≤0.88时压下量为3.0mm，当0.92≤fs≤0.97时压下量为2.0mm，当0.97＜fs≤1.0时压下量为0；当轻压下机架铸坯中心固相率处于上述两数据段之间的数值时，则根据其固相率采用线性插值的方法计算该机架所对应的压下量。
上述GCr15轴承钢大方坯连铸动态轻压下工艺，所述轻压下区域铸坯凝固率为30％～100％，总压下量为7.66～12.5mm，单个轻压下机架的最大压下量≤3.5mm，最大压下率≤2.65mm/m。
上述GCr15轴承钢大方坯连铸动态轻压下工艺，GCr15轴承钢连铸拉速0.65～0.75m/min，中间包钢水过热度15～35℃，中间包钢水温度控制在1470～1490℃，连铸比水量为0.18～0.28L/kg，轻压下区域铸坯表面温度控制在780～950℃，二次冷却区内铸坯表面最大回温速率≤20℃/m，最大降温速率≤15℃/m。
上述GCr15轴承钢大方坯连铸动态轻压下工艺，其特征在于：所述轻压下区域到结晶器弯月面的距离在16187mm～24649mm范围内，轻压下区域总长度为8462mm。
上述GCr15轴承钢大方坯连铸动态轻压下工艺，结晶器电磁搅拌电流强度控制为500A，频率为2.4Hz，旋转方式为单向旋转。
本发明针对GCr15轴承钢大方坯连铸易出现中心偏析、中心疏松、中心缩孔等铸坯内部质量缺陷问题进行了改进，其关键之处是根据GCr15轴承钢的成分、连铸拉速、钢液过热度、连铸冷却强度等影响铸坯凝固末端位置等因素，提出动态控制的轻压下工艺。采用该工艺可显著减轻GCr15轴承钢铸坯中心偏析，铸坯中心碳偏析指数0.95～1.08，平均1.03；该工艺还可明显改善GCr15轴承钢铸坯中心疏松和中心缩孔，铸坯中心疏松≤1.0级比例达到90％以上，中心缩孔≤0.5级。以本发明方法加工的连铸坯轧制的轴承钢，可以满足制造轴承滚动体(球、珠、针)的技术要求。
【具体实施方式】
本发明适用于C含量为0.95～1.05％、Cr含量为1.4～1.65％、Si含量为0.15-0.35％、Mn含量为0.25-0.45％，断面尺寸大于220mm×220mm的GCr15轴承钢连铸大方坯。本发明工艺根据GCr15轴承钢成分、拉速、过热度、冷却强度等连铸工艺参数适时确定个压下机架的压下量，以减轻铸坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔等缺陷，同时还能改善连铸坯轴承钢成分的均匀性，稳定和提高GCr15轴承钢力学性能和使用性能，达到生产制造滚动体的技术要求。
本发明主要技术措施如下：
(1)制定合理的GCr15轴承钢连铸拉速与中间包钢水温度控制制度：
连铸拉速0.65～0.75m/min，中间包钢水过热度15～35℃，中间包钢水温度控制在1470～1490℃，确保铸坯凝固末端位于轻压下区域，轻压下区域总长度8462mm，能适应连铸工艺如钢种成分、连铸拉速、过热度、冷却强度等的变化灵活调节轻压下区域长度及压下量。
(2)在轻压下区域根据各个拉矫辊位置铸坯中心的固相率控制压下量，轻压下区域铸坯凝固率30％～100％，总压下量为7.66～12.5mm。轻压下区域，单个轻压下机架的最大压下量≤3.5mm，最大压下率≤2.65mm/m。轻压下机架压下量与铸坯固相率的关系如下表：
固相率fs ＜0.40 0.40-0.44 0.58-0.62 0.73-0.77 0.84-0.88 0.92-0.97 ＞0.97压下量 0 1.5 2.5 3.5 3.0 2.0 0
当铸坯中心固相率小于0.40和大于0.97时，不进行压下，当各机架铸坯中心固相率处于上表两数据段之间的数值时，则根据其固相率采用公知的线性插值的方法计算该机架所对应地压下量。
(3)二冷区域的控制参数：
连铸比水量为0.18～0.28L/kg，轻压下区域铸坯表面温度780～950℃，确保连铸轻压下区域铸坯具有良好的高温延展性能，且二冷区铸坯表面最大回温速率≤20℃/m，最大降温速率≤15℃/m。
(4)采用合理结晶器电磁搅拌工艺参数，电流强度控制为500A，频率为2.4Hz，旋转方式为单向旋转。
以下给出几个具体的实施例：
所述实施例在设有7机架拉矫机的连铸机上实施，轻压下区域到结晶器弯月面的距离在16187mm～24649mm范围内，轻压下区域总长度为8462mm。
实施例1：轴承钢GCr15连铸大方坯大方坯断面尺寸为280mm×325mm，浇注炉次的主要化学成分(％)如下表所示：
C Si Mn P S Cr 0.98 0.24 0.29 0.008 0.008 1.45
浇注炉次连铸的主要工艺参数如下表所示：
实施例2：轴承钢GCr15连铸大方坯断面尺寸为280mm×325mm，浇注炉次的主要化学成分(％)如下表所示：
C Si Mn P S Cr 0.97 0.24 0.28 0.008 0.006 1.45
浇注炉次连铸的主要工艺参数如下表所示：
实施例3：轴承钢GCr15连铸大方坯断面尺寸为280mm×325mm，浇注炉次的主要化学成分(％)如下表所示：
C Si Mn P S Cr 0.99 0.23 0.29 0.007 0.005 1.45
浇注炉次连铸的主要工艺参数如下表所示：
本发明工艺通过连铸坯动态轻压下，减轻和消除了铸坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔等缺陷，铸坯中心碳偏析指数由1.25～1.38降至0.95～1.08，平均1.03；铸坯中心疏松≤1.0级比例由28％增至100％，中心缩孔≤0.5级由45％增至100％，且由连铸坯轧制的轴承钢满足制造滚动体(球、珠、针)的技术要求。