D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.02.038 第21卷第2期 北京科技大学学报 Vol.21 No.2 1999年 4月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Apr.1999 轴承钢连铸坯碳偏析的形成机理及影响因素 周德光”傅杰)王平)徐君浩)谢亚庆)李铮) 1)北京科技大学治金学院，北京1000832)大冶特殊钢股份有限公司 摘要对高碳铬轴承钢连铸坯白亮带和中心碳偏析的形成机理及其影响因素进行了系统的分 析研究，提出了改善偏析的措施.同时进行了连铸钢与模铸钢内在质量和疲劳性能的对比试验.结 果表明，连铸轴承钢坯存在轻微的碳偏析(w。/wc0=0.92-1.10),其材质的疲劳寿命达到了模铸钢 的水平 关键词轴承钢；连铸：碳偏析；疲劳寿命 分类号TF762;TF777 含1.0%C和1.5%Cr轴承钢是专用钢中质量 (1)酸蚀分析.对200mm×200mm铸坯进行 要求最为苛刻的钢种，100年来，该钢种成分基本 纵横向酸蚀分析，包括显示树枝晶、白亮带、中心 没变化，而其疲劳寿命却成倍提高，其主要原因 表1合金钢连铸机的主要参数 就在于通过冶炼方法和制备工艺的不断改进使 项目 参 数 钢的组织均匀性和纯净度大幅度提高，连铸轴承 弧形半径/m 9/17.5 钢的组织均匀性及其对性能的影响主要涉及到 中间包容量/t 20 碳偏析问题.至今仍未见报道，已彻底解决了轴 铸坯断面/mm 200×200 承钢连铸坯的中心碳偏析，影响连铸钢坯偏析的 结晶器长度/mm 700 因素很多，如过热度、电磁搅拌方式及强度、二冷 搅拌器长度/mm 400 水量等.关于过热度对偏析的影响，目前已得出 电磁搅拌位置 二冷一段 了明确的结论，即随着过热度的降低，连铸坯的 搅拌方式 单方向连续搅拌；交替式搅拌： 偏析逐渐减少.而关于电磁搅拌和二冷水量等对 间歇交替式搅拌 二冷方式 三段式冷却 偏析的影响目前还有争议， 试验拉速/mm~min500~800 本文对连铸轴承钢碳偏析的形成机理及其对 流数 性能的影响进行系统的分析研究，为改进工艺提 表2试验方案 供理论依据。 二冷水量L·kg1 方案流号 电磁搅拌电流及旋转方式 1研究方法 及配比 0.4/(4:3:3) 没搅拌 试验在大冶特殊钢股份有限公司的50t高功 I 2 0.4/(4:3:3) 200A,左60s停10s右60s 率电弧炉、60tLF+VD以及四流方圆坯连铸机 w 0.4/(4:3:30 200A,左60s停10s右60s 上进行.试验工艺流程为EAF→LF,VD· 4 0.4/(4:3:3) 没搅拌 CC(200mm×200mm)→2t蒸汽锤开坯(120mm 0.4/(5:3:2) 130A,左30s停10s右30s ×120mm)◆250~430mm轧机轧成中20mm~ Ⅱ 2 0.8/(4:3:3) 130A,左30s停10s右30s 中55mm材.连铸机的主要参数见表1.试验内容： 3 0.4/(5:3:2)200A,左30s停10s右30s 4 0.8/(4:3:3)200A,左30s停10s右30s 一是搅拌与不搅拌对比试验（方案I);二是搅拌 0.4/(5:3:2)200A,左10s停7s右10s 强度和搅拌方式对比试验（方案I,Ⅱ，Ⅲ）；三是 Ⅲ 2 0.8/(4:3:3)200A,左10s停7s右10s 二冷强度对比试验（方案Ⅱ，Ⅲ），详见表2. 3 0.4/(5:3:2) 130A,左10s停7s右10s 1999-01-17收稿周德光男，36岁，高级工程师，博士生 4 0.8/(4:3:3)130A,左10s停7s右10s *国家“九五"攻关项目(KF94-04-04-03) 注：()为配比第 2 1卷 1 9 9 9年 第 2期 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s iyt o f S e ie n e e a n d T e c h n l o yg B e ij in g V o l 一 2 1 A P r · N O 一 2 1 9 9 9 轴承钢连铸坯碳偏析的形 成机理及影 响因素 周德 光 )l 傅 杰 )l 王 平 ’ ) 徐君浩)2 谢亚庆 )2 李 铮)2 )l 北京科技大学冶金 学院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 大冶特殊钢股份有限 公 司 摘 要 对高碳铬 轴承钢连铸坯 白亮带 和中心碳偏 析的形成机理 及其影 响因 素进行 了系统 的分 析研究 , 提 出了改善偏析 的措施 . 同时进 行了 连铸钢与模铸钢 内在 质量和疲 劳性能的对 比试验 . 结 果表明 , 连铸轴承钢坯存在 轻微 的碳偏析 (w 。 / w c 。 一 0 · 92 一 .1 0) , 其材质的疲劳寿命达到了模 铸钢 的水平 . ` 关键词 轴承钢 ; 连铸 ;碳偏析 ;疲 劳寿命 分类号 T F 7 6 2 ; T F 7 7 7 含 1 . 0% C 和 1 . 5 % C r 轴承 钢是 专用钢 中质量 要求最为苛刻 的钢 种 , 10 年来 , 该 钢种 成分 基本 没 变化 , 而 其疲劳寿命却成倍提高 . 其主 要 原 因 就在于 通 过冶炼方 法 和 制备工 艺 的 不 断改 进 使 钢 的组织 均匀 性和 纯净 度大 幅度 提 高 . 连 铸 轴承 钢 的组 织 均 匀性 及 其对性能 的影 响 主要 涉 及 到 碳 偏析 问题 . 至今 仍未 见 报道 , 已 彻 底 解 决 了 轴 承 钢连铸坯 的 中心碳偏 析 . 影 响 连铸 钢坯 偏 析 的 因 素很 多 , 如过 热 度 、 电磁搅拌方式及 强 度 、 二冷 水 量 等 . 关于 过 热度 对偏 析 的 影 响 , 目前 已 得 出 了 明 确 的结论 , 即 随 着过 热度 的 降低 , 连铸 坯 的 偏 析逐渐 减 少 . 而 关于 电磁 搅拌和二 冷 水量 等 对 偏析的影 响 目前 还有 争议 . 本文 对连 铸轴承钢碳偏 析的形 成机理 及其 对 性能 的影 响 进行 系 统 的分析研 究 , 为改 进工 艺提 供理论依据 . l( )酸 蚀分析 . 对 2 0 ~ x 2 0 ~ 铸坯进行 纵横向酸 蚀分 析 , 包括 显示 树枝 晶 、 白亮 带 、 中心 表1 合金钢连铸机的主 要参数 项 目 参 数 弧形半径 / m 中间包容量 t/ 铸坯断面 / n l l n 结晶器长度 / m r n 搅拌器长度 / r n 们。 电磁搅拌位置 搅拌方式 二冷方式 试验拉速 / ~ · m i n 一 ` 流数 9 / 1 7 . 5 2 0 2 0 0 X 2 0 0 7 0 0 4 0 0 二冷一 段 单方 向连续搅 拌; 交替式搅拌 ; 间歇交替式搅拌 三段式冷却 5 0 0 ~ 8 0 0 4 试验方案 方案 流号 一3)2 1 研究方法 试 验在 大 冶特殊 钢股 份有限公 司 的 50 t 高 功 率 电弧 炉 、 60 t L F + V D 以 及 四 流 方 圆坯 连 铸机 上 进 行 . 试 验 工 艺 流 程 为 E A F , L F, V D , C C ( 2 0 0 un x 2 0 o un ) , Z t蒸 汽锤 开坯 ( 12 0 x m l Zo un ) , 2 5 0一 4 3 0 un 轧 机 轧 成 中 Zo un 一 中5 ~ 材 . 连 铸机 的主要参数见 表 1 . 试验 内容 : 一是 搅拌与不 搅拌 对比试 验 (方 案 )I ; 二是 搅拌 强度 和搅拌方 式对 比试验 (方案 工 , n , nI ) ; 三是 二 冷 强度 对比试验 ( 方 案 且 , 1 ) , 详见 表2 . 19 9 一 01 一 17 收稿 周德光 男 , 36 岁 , 高级工 程师 , 博士 生 * 国家 “ 九五 ” 攻 关项 目(舒94 一 0 4 一 0 4 一 0 3 ) 表 2 二冷水量几 · 及配 比 0 . 4 / ( 4 : 3 : 3) 0 . 4 / ( 4 : 3 : 3 ) 0 . 4 / ( 4 : 3 : 3 0 0 . 4 / ( 4 : 3 : 0 . 4 / ( 5 : 3 : 0 . 8 / ( 4 : 3 : 0 . 4 / ( 5 : 3 : 0 . 8 / ( 4 : 3 : 0 . 4 / ( 5 : 3 : 0 . 8 / ( 4 : 3 : 0 . 4 / ( 5 : 3 : 0 . 8 / ( 4 : 3 : )为配 比 电磁搅拌 电流及旋转方式 没搅拌 2 0 0 A , 左 6 0 5停 1 0 5右 6 0 5 2 0 0 A , 左 6 0 5停 1 0 5右 6 0 5 没搅拌 1 3 0 A , 左 3 0 5停 10 5右 3 0 5 1 3 0 A , 左 3 0 5停 10 5右 3 0 5 2 0 0 A , 左 30 5停 10 5右3 0 5 2 0 0 A , 左3 0 5停 10 5右3 0 5 2 0 0 ^ , 左 2 0 5停 7 5右 10 5 2 0 0 A , 左 1 0 5停 7 5右 10 5 1 3 0A , 左 10 5停7 5右 1 0 5 1 3 0A , 左 10 5停 7 5右 1 0 5 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 02. 038