轴承钢GCr15矩形坯280-360皮下角裂产生原因及改进措施.doc

轴承钢GCr15矩形坯280*360皮下角裂产生原因及改善措施

 本文通过对轴承钢GCr15矩形连铸规格280*360坯料的皮下角裂产生原因进行了分析，并提出了合理的改善措施。
    华菱锡钢特钢炼钢厂生产轴承钢GCr15总体实物质量较好，但存在皮下角裂的问题，一直没有解决好，产生了一些用户质量异议。本厂生产的轴承钢，连铸断面为280*360，红送至棒材厂轧成Φ40-Φ120的棒材，供穿管用户穿管后，易产生外折，供锻打用户，易产生开裂。针对这种状况，公司下决心解决这个技术问题。本文针对此问题进行了分析讨论，并提出了合理的改善措施。
    冶炼轴承钢GCr15工艺流程
    废钢+生铁经过合理的配比装入料篮→100吨超高功率交流偏心底电弧炉→100吨双工位LF钢包炉→100吨双工位VD真空脱气炉→4机4流方坯连铸机。
    连铸机主要参数，见下表1
                                 表1

铸流数量：4；铸机半径：12m；矫直半径：12/16.5/30 m；浇铸断面：280x360 mm；拉速：280*360规格：0.5-0.75m/min；冶金长度：约24m；钢水流量调节：机电塞棒系统；结晶器类型：管式，长度：780 mm；水缝3.25mm电磁搅拌：内置式结晶器EMS；振动台：液压；结晶器液位探测：放射性元素Cs137；二次冷却：气雾冷却；     生产轴承钢GCr15化学成份及连铸过程控制参数
    3.1 轴承钢GCr15化学成份按GB/T18254标准的成份执行。
    3.2 改善措施前的连铸过程控制参数
                                   表2

保护渣及相关参数：规格mm保护渣一冷水L/min二冷水
比水量l/kg振幅
mm电搅频率HZ电搅电流A280×360高碳保护渣30000.282.002.0650温度与拉速控制：过热度 ℃~2021~4040≥50拉速m/min≤280×℃控制，实际过热度低于20℃的状况，增加5~10%拉速。               皮下角裂描述及统计
    从以上典型的四个低倍样照片可以看出皮下角裂〔所选低倍照片很严重，肉眼可见〕的特征：
    4.1.1皮下角裂均出现在角部四周区域，并与表面垂直；
    4.1.2严重的皮下角裂均开始出现在皮下约10-20mm处，长度约10mm；
    4.1.3出现皮下角裂的部位均出现了铸坯偏离角纵向凹陷，主要产生在侧弧，凹陷离角部20-40mm处；
    4.1.4铸坯出现表面凹陷同时产生了鼓肚，即鼓肚的同时产生了偏离角纵向凹陷；
    4.1.5四个角部四周同时出现皮下角裂的机率较低。
    4.2 皮下角裂统计与分析
    4.2.1 统计32炉轴承钢，偏离角皮下角裂评级见下表3
                                 表3

    从表3可以看出：
    ①1.5级以下〔包括1.5级〕的角部皮下角裂共计18炉，占比例为56%，2级以上包括2级〕级共14炉，占比例为44%。
    ②关于1.5级以下的皮下角部裂痕，在合适的压缩比轧制下，裂痕一般能够焊合；关于2级及其以上的皮下角部裂痕，很容易出现焊合不了的状况，极易产生用户质量异议。因此，1.5级以上的皮下角裂成为必须要解决的课题。

  4.3 现场连铸坯状况
    从现场连铸坯表面质量来看，连铸坯内弧、两侧弧均出现偏离角纵向凹陷，有的流比较严重，有的流比较轻，有的流几乎没有出来偏离角纵向凹陷，四个流产生偏离角纵向凹陷的程度不一。
    皮下角裂原因分析
    从皮下角裂的的特征及现场连铸表面质量状况，产生偏离角纵向凹陷的地方由于变形应力，在坯壳薄弱处不能抵抗应力的作用而产生皮下角裂，经综合研究、分析，运用排除的方法〔排除结晶器保护渣、冷却水质、钢种化学成份等问题〕，分析出偏离角纵向凹陷产生原因主要有以下几个因素：
    5.1 连铸坯角部冷却过强或者冷却不均，而冷却过强或不均有以下几个因素。
    5.1.1结晶器一次冷却水量过大，一次冷却水量：3000  l/ min；现在冷却水温差在4-5℃；角部冷却太强。
    5.1.2铜管角部R角=10mm，太小。致使角部冷却太强，铸坯在结晶器强冷后，到二冷室回温，极易产生回温裂痕。
    5.1.3宽面与窄面角部冷却不均匀，结晶器水缝不均匀，水缝约3.25mm；
    5.2 出结晶器的坯壳过薄，足辊对弧不准，没有有效的支撑出结晶器的坯壳而产生鼓肚，有鼓肚必定有凹陷，凹陷部位往往产生皮下角裂。
    铜管长度为780mm，拉速约0.6m/min，很可能导致出结晶器下口坯壳太薄；如果坯壳太薄，足辊对弧精度不够，坯壳不能得到有效的支撑，即产生鼓肚，形成凹陷，产生了变形应力，导致裂痕的产生，出现皮下角裂。
    5.3 足辊喷嘴喷水角度问题，集中在角部进行冷却。
    铸坯有的面喷嘴集中喷在角部四周，使铸坯本面收缩加剧，另一个角面冷却较弱，铸坯收缩较弱，这样使得角部两侧冷却不均匀，铸坯两个面的冷却收缩不同，这样使得铸坯靠近角部冷却强的区域被“挤〞成折皱，即形成凹陷，产生了变形应力，导致裂痕的产生。
    5.4 铜管下口磨损状况
    5.4.1结晶器倒锥度是否合适？使用结晶器总锥度为1.19 %/m〔抛物线锥度〕；从改换下来的结晶器铜管来看，下口磨损比较均匀，结晶器铜管锥度合适。
    5.4.2从拆下来的铜管〔寿命达到800炉以上，过钢量达到20000吨〕观察，铜管四个面磨损比较均匀，但磨损不严重，锥度合适，坯壳表面收缩能够与铜管内壁的锥度有效的配合，未产生了较大的间隙，一般不会产生冷却不均匀的现象。
    轴承钢GCr15皮下角裂采用的改善措施
    依据以上对轴承钢GCr15皮下角裂产生的原因进行分析，制定出了解决皮下角裂的改善措施。
    6.1 调整结晶器一冷却水量，从水量3000  l/ min调整至2800  l/ min；使冷却水进出温差控制在5-7℃。降低水速和提升进出水温度可以提升弯月面处热流，这样内外弧热面温度相似，从而可以消除内弧偏离角纵向凹陷或皮下内裂。
    6.2 重新制定铜管角部R角，经与铜管制作厂家仔细讨论后，决定把原R角为10mm改到R角为25mm。这样增加了角部铜管壁厚度，有效地降低了角部传热过快的现象，使角部冷却减弱。
    6.3 拆掉所有的结晶器，重新装配结晶器铜管、足辊，保证水缝均匀达到3.25mm，保证足辊内外弧及两侧弧的支撑辊的对弧精度达到0.20mm。
    6.4 调整足辊喷嘴，改换半堵塞或者全堵塞的喷嘴，保证喷淋架安装位置的准确，保证喷嘴在铸坯四个面喷水均匀。
    6.5 降低足辊喷水量，总的比水量从0.28 kg/t降至0.24kg/t，主要降低足辊的全水喷水量。
    6.6 选用初中期结晶器铜管，改换后期结晶器铜管，使所采纳的结晶器铜管锥度更接近于原始锥度，同时解决铜管变形的问题。要求所使用的铜管寿命≤700炉，寿命大于700炉的铜管拆下检查铜管内腔质量状况、测量尺寸，合符要求的再持续使用，不符合的报废。
    采用改措施后铸坯皮下角裂取得的效果
    采用以上措施之后，轴承钢偏离角皮下角裂得到了大幅度的改善。统计生产的28炉轴承钢低倍检验数偏离角皮下角裂评级见下表4：
    表4

    从上表4可以看出：
    ①0级占了大部分，共15炉，占总炉数的比例为53.6%；
    ②0.5级至1.5级以下〔包括1.5级〕的角部皮下角裂共计12炉，占总炉数的比例为42.9%。
    ③2级的1炉，占总炉数的比例为3.6%。2级以上没有出现。
    ④1.5级及其以下的比例达到96.4%。
    轴承钢连铸坯偏离角皮下角裂得到了根本性的解决。
    轴承钢连铸坯偏离角皮下角裂产生的原因主要是角部冷却太强和足辊对弧精度不够以及一冷二冷冷却参数的不合适，因此依据我厂实际状况采用以下措施解决了此类轴承钢连铸坯缺陷。
    ①调整结晶器一冷却水量，从水量3000  l/ min调整至2800  l/ min；降低一次冷却强度。降低足辊喷水量，总的比水量从0.24 kg/t降至0.20kg/t，主要降低足辊的全水喷水量。
    ②增大铜管角部R角，关于我厂280*360规格的连铸铜管，把R角从10mm改到R角为25mm是合适的。这样增加了角部铜管壁厚度，有效地降低了角部传热过快的现象，使角部冷却减弱。
    ③结晶器装备精度也十分关键，特别是结晶器的足辊对弧精度，对弧精度达到0.20mm以下，能有效控制连铸坯的鼓肚现象的发生；保证结晶器水缝均匀达到3.25mm，保证四个面水缝差不超过0.1mm。
    ④调整足辊及二冷室喷嘴，及时改换半堵塞或者全堵塞的喷嘴，保证喷淋架安装位置的准确，杜绝由于设备问题造成喷嘴直接对铸坯角部喷水冷却，保证喷嘴在铸坯四个面喷水均匀。