一種軸承鋼全保護澆注研究方法

李運輝

南京鋼鐵聯合有限公司特鋼事業部第三煉鋼廠連鑄車間 江蘇 南京 210035

1 前言

軸承鋼是重要的機械零件，在鐵路運輸、汽車制造、機械加工、甚至是軍工制造等領域應用廣泛，對疲勞壽命及可靠性要求高[1－4]。軸承鋼的一個重要研究方向就是高潔凈度化，要求連鑄澆注過程必須要防止鋼水二次氧化，連鑄保護澆注方式成為提高軸承鋼內部純凈度的研究方向。

保護澆注是指連續鑄鋼過程中對裸露于空氣中的鋼液采取保護，以避免鋼液被空氣二次氧化的一種重要的技術措施。軸承鋼澆注過程中與空氣接觸的點主要包括大包鋼液面，大包長套管與鋼包下水口，中間包鋼液面，結晶器鋼液面。軸承鋼保護澆注沒有做好，會導致軸承鋼鋼液內部產生夾雜，表現大型夾雜物來源于水口結瘤物的剝落，其演變機理是鋼中非金屬夾雜物經歷了Al2O3→Mg O·Al2O3→Ca O－Mg O－Al2O3，演變軸承鋼中主要夾雜物為Ca O－Al2O3－Mg O、Ti N，滿足不了下道工序要求，因此必須實施全保護澆注。

2 研究方法

2.1 工藝流程 南鋼GCr15軸承鋼的生產工藝流程為：電爐→LF精煉→VD精煉→連鑄，此為軸承鋼成分。

表1 軸承鋼成分

2.2 研究方法 針對現有“CCM”工藝各階段，多級取樣、系統分析鋼中夾雜物和各環節渣成分的變化。具體取樣方案為：VD吊包上連鑄，連鑄開澆5min、10min、25min、30min沖擊區、澆注區過程中同時取鋼樣、渣樣；在CCM開澆10 min、20 min沖擊區均取提桶樣，具體加工方法如下圖1：將提桶樣下方10 mm高度的圓柱部分切除，在切除部分截取四分之一半圓，作為金相試樣，并分析橫截面；切出Ф5.5的圓棒作為T.O.、N分析用。

圖1 試樣加工示意圖

系統分析包括：

(1)用化學法分析渣中Fe O、Ca O、Si O2、Mg O、Al2O3等氧化物含量；

(2)用Aspex全自動掃描電鏡分析試樣中夾雜物，每個金相樣掃描面積為100 mm2，對典型夾雜物進行拍照和面掃描，做出夾雜物成分的三元相圖，找到夾雜物成分變化規律；

(3)用小樣電解方法分析鋼中夾雜物三維形貌。用于無損提取鋼中所有類型夾雜物。工藝流程主要包括：電解、磁選、淘洗、制樣和觀察。對分離出的三維夾雜物進行粒度分析和形貌照相。

2.3 原生產工藝流程設計 第三煉鋼廠在冶煉澆鑄軸承鋼時，鋼中的Al極易氧化，鋼液黏度大，水口因鋼水發粘結瘤，導致連鑄可澆鑄性降低，也影響軸承鋼內部質量的穩定。原連鑄生產工藝流程如圖(生產工藝流程圖1－4)所示

2.4 新生產工藝流程設計 生產軸承鋼必須實現全程嚴格執行全保護澆鑄，杜絕鋼水與空氣接觸，防止Al氧化及降低鑄坯夾雜物的生產工藝，具體連鑄保護澆注新生產工藝流程如圖(生產工藝流程圖1－5)所示：

2.4.1 鋼包鋼水的密封：鋼水在精煉結束后保證一定的靜攪時間，使Al2O3夾雜物充分上浮，鋼液面加入定量的堿性保溫劑，阻止空氣接觸。當鋼水上連鑄后，第一時間將大包包蓋加上，轉到澆鑄位等待開澆，

2.4.2 鋼包至中包的密封：盡量保證鋼包自流，不自流時盡量不使用氧氣引流。大包套管使用專用的密封圈，大包套管氬封的氬氣流量和壓力進行嚴格的控制，杜絕吸氣或鑄流對沖擊區的擾動。

2.4.3 中包的密封：專門設計了有四路氣體的中包氬氣吹掃裝置，保證在開澆前中包內被氬氣沖滿。在抬起中包烘烤器的同時，將中包氬氣閥門打開，向中包內灌入一定的氬氣，開動中包車，待中包車開到澆鑄位對好中后，將加上密封墊的大包長水口迅速套在大包滑動水口上，并開啟大包長水口氬封裝置，大包開澆后，中包液面達到200 mm時，加入已烘烤過的專用堿性覆蓋劑，關閉中包氬封裝置；在澆注過程中，保持液面平穩，保證滿液面澆鑄；控制大包沖擊區內的渣層厚度，及時放渣大包；澆鑄末期，關注大包下渣情況，及時關閉滑動水口。

2.4.4 中包內裝水口的使用：中包使用側開孔的內裝水口，防止該區域內與空氣接觸。

2.4.5 專用的保護渣和中包覆蓋劑：在考慮軸承鋼保護澆鑄防止二次氧化的同時，減少鋼中的Al將保護渣中的Si O2還原，使保護渣變性，惡化渣況，因此設計合適的軸承鋼專用保護渣和中包覆蓋劑，是解決軸承鋼澆鑄難題的不可或缺的一環，否則會引起嚴重的質量和生產事故。

3 連鑄全保護澆結論

實施保護澆注減少了鋼中總氧量、鋼中酸溶鋁損失[5]、鑄坯中氮含量、渣中Al2O3含量，提升產品內部質量。同時，改善了渣子流動性，傳熱均勻，減少了鑄坯縱裂和漏鋼，同時也降低了Al2O3堵水口的機率。