輕壓下對GCr15鋼鑄坯內(nèi)部質(zhì)量影響試驗(yàn)研究*

姚 亮，晁 霞，高云飛，劉燕霞，張志旺

（1 濟(jì)源鋼鐵公司，河南 濟(jì)源454650；2 河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系，河北 石家莊050091）

隨著用戶加工產(chǎn)品精度不斷提升，對鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的要求日趨嚴(yán)格，走訪下游用戶發(fā)現(xiàn)因鑄坯中心偏析和中心疏松引起鋼材加工件拉拔性能、焊接性能、增大拉斷率等質(zhì)量問題較多。以濟(jì)源鋼鐵公司1#連鑄機(jī)生產(chǎn)240 mm×240 mm斷面GCr15鋼連鑄坯為試驗(yàn)鋼種，在對GCr15鋼固相率進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上，制定輕壓下參數(shù)，通過分析各階段試驗(yàn)連鑄坯低倍及碳偏析控制情況［1-5］，確定最佳試驗(yàn)方案，建立合適的輕壓模型，從而減輕中心偏析和中心疏松，實(shí)現(xiàn)鑄坯內(nèi)部質(zhì)量提高。

1 試驗(yàn)條件及方案

1.1 試驗(yàn)條件

輕壓下試驗(yàn)在240 mm×240 mm斷面GCr15鋼連鑄坯上進(jìn)行，重點(diǎn)研究實(shí)施輕壓下技術(shù)對鑄坯質(zhì)量的改善效果。

在現(xiàn)有連鑄機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)上，對4架鉗式拉矯機(jī)及底座主體設(shè)備進(jìn)行改造，采用7架牌坊式拉矯機(jī)代替4 架鉗式拉矯機(jī)，壓下輥間距1 150～1 200 mm，同時(shí)將原有的多點(diǎn)矯直改為連續(xù)矯直，增加相關(guān)的液壓、潤滑、冷卻等輔助系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。試驗(yàn)所用連鑄機(jī)為：弧形半徑10 000 mm 的7 流弧形連鑄機(jī)，流間距為1 400 mm；結(jié)晶器銅管材質(zhì)為CuAg合金，長度900 mm，斷面為240 mm×240 mm，外置結(jié)晶器電磁攪拌+凝固末端電磁攪拌；采用二次冷卻分為4 區(qū)，軋輥全水冷卻+其余氣霧冷卻。主要技術(shù)參數(shù)為：采用牌坊式動態(tài)壓下拉矯機(jī)組，開口度80～360 mm；采用7 架/流，7 對輥，上輥驅(qū)動，液壓缸驅(qū)動上輥壓下，連續(xù)矯直。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)分為3個(gè)階段，各試驗(yàn)階段的輕壓下參數(shù)見表1，試驗(yàn)過程拉速為0.75 m/min。

表1 各輥試驗(yàn)階段輕壓下參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 各試驗(yàn)階段低倍組織分析

圖1 為GCr15 鋼未輕壓下和輕壓下低倍組織，表2為輕壓下各階段的低倍組織。從圖1和表2可以看出，輕壓下投用后低倍中心疏松級別改善不大，但中心縮孔有明顯改善，尤其是壓下量14 mm的第二階段試驗(yàn)，≤0.5 級中心縮孔達(dá)到了100%。第二階段低倍仍有個(gè)別試樣有縮孔；為改善縮孔，第三階段將壓下量增大至16 mm，但未取得理想效果。綜合分析，第二階段低倍數(shù)據(jù)最好。

2.2 各試驗(yàn)階段中心碳偏析控制情況

表3為輕壓下各階段的偏析情況，從表中分析可以看出，第一階段從1#輥開始壓下，最大壓下量為12 mm。試樣的中心碳平均偏析指數(shù)由1.13 降到1.10，最大偏析指數(shù)由1.31 降到1.28；第二階段將3#輥壓下量降低至11 mm，4#輥增大至14 mm，其余壓下量不變。試樣的中心偏析合格率由42.9%提高到72.7%，中心碳平均偏析指數(shù)由1.10 降低到1.04，最大偏析指數(shù)由1.28降低到1.22；第三階段3#輥壓下12 mm，4#輥增大至16 mm，試樣的中心偏析合格率由72.7%降低到42.9%，中心碳平均偏析指數(shù)由1.04增加到1.11，最大偏析指數(shù)由1.22增大到1.39?？梢钥闯?，隨著輕壓下壓下量的增加，尤其是第二階段當(dāng)最大壓下量達(dá)到14 mm時(shí)，中心偏析合格率達(dá)72.7%，最大偏析指數(shù)僅為1.04，明顯地改善了鑄坯中心碳偏析的問題。第3 階段壓下量達(dá)到16 mm后，偏析指數(shù)明顯升高。

圖1 GCr15未輕壓下和輕壓下低倍照片

表2 輕壓下各階段的低倍組織

表3 輕壓下各階段的偏析情況

綜上看出，第二階段試驗(yàn)方案得到的GCr15鑄坯質(zhì)量是最優(yōu)的。通過在三個(gè)階段試驗(yàn)，最終確定最佳輕壓模型參數(shù)見表4，拉速為0.75 m/min。

3 結(jié) 論

3.1 總壓下量為14 mm，拉速為0.75 m/min，過熱度為28 ℃時(shí)，軸承鋼GCr15 低倍疏松≤1.5 級和縮孔≤0.5 級比例均達(dá)到100%，有效改善了中心疏松和中心縮孔。

3.2 總壓下量為14 mm，拉速為0.75 m/min，過熱度為28 ℃時(shí)，軸承鋼GCr15 中心碳偏析合格率由28.61%提高到72.7%，中心碳平均偏析指數(shù)由1.13降到1.04，最大偏析指數(shù)由1.31 降到1.22，較好地解決了中心碳偏析。

3.3 現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐證明，240 mm×240 mm GCr15鋼實(shí)施輕壓下以后，有效改善了鑄坯中心偏析、中心疏松和中心縮孔，提高了鑄坯質(zhì)量。

表4 最佳輕壓下參數(shù)