热处理对喷射成形GCr15轴承钢组织和性能的影响

GCr15轴承钢母材在中频感应炉熔化后的钢液,经导流管进入雾化室的金属流被惰性气体弥散成微米级液滴,并沉积在收集器上,成直径130.28 mm、中心厚度40.84 mm的沉积坯(/%:1.01C,0.23Si,0.29Mn,1.48Cr,≤0.027P,≤0.020S)。取沉积坯的1/4在箱式电阻炉进行热处理试验。结果表明,喷射成形GCr15轴承钢的组织是细化的等轴晶和细小的碳化物组成的组织,具有低的合金元素的偏析;860℃淬火、160℃回火试样的硬度最高,HRC值为61,其组织和性能最佳。     

喷射成形沉积坯与过喷粉末的比较分析

喷射成形是近年来发展极其迅速的一种崭新的金属和合金成形技术.使用金相显微镜,扫描电镜对GCr15钢喷射成形试样和过喷粉末的微观组织和晶粒度进行了比较分析.结果表明:喷射成形过喷粉末为枝晶组织,而喷射成形沉积坯由于雾化气体的雾化破碎作用,组织为细小等轴晶;过喷粉末的尺寸主要集中在35～80μm之间;而沉积坯上的晶粒度主要集中在80～120 μm之间.     

石家庄钢铁公司成功开发GCr15SiMn轴承钢

GCr15SiMn钢要求超低氧、高纯净度、耐磨、疲劳寿命高，低倍、高倍、带状、液析要求严格。由于GCr15SiMn轴承钢较GCr15轴承钢Si和Mn含量更高，更容易引起铸坯成分偏析，因此，在冶炼过程中要采取有效措施控制偏析。     

GCr15钢连铸坯凝固组织分析

采用腐蚀剂摸索试验,选取不同配比的腐蚀剂对GCr15钢连铸坯进行腐蚀.结果表明,4种腐蚀剂均可用于GCr15钢连铸坯的腐蚀,并可计算柱状晶/等轴晶比例、枝晶的一次晶、二次晶间距等参数,以此作为优化GCr15钢连铸坯生产工艺的重要依据.     

GCr15轴承钢冶炼工艺优化

钢液的纯净度是提高轴承钢连铸坯质量的关键因素之一,而冶炼工艺以及预脱氧剂、终脱氧剂、精炼渣的合理选择及成分组成,直接影响钢液的纯净度和铸坯的质量.针对GCr15轴承钢冶炼和精炼工艺中的不足,提出优化方案,并进行工业性试验,优化了轴承钢的冶炼、精炼工艺,使钢液的纯净度得到显著的提高.     

钢液过热度控制对连铸工艺和铸坯质量的影响

研究了25 t钢包炉和16 t中间包中GCr15、60Si2Mn、40Cr和20钢液的过热度控制。钢液过热度控制主要取决于钢包衬蓄热过程达到平衡状态时钢液温降速率-钢包和中间包钢液温降速率分别为≤1℃/min和≤0.5℃/min;钢液过热度为15～35℃时,200 mm×200 mm铸坯等轴晶率可达20%～30%,连铸拉漏率≤0.23%,铸坯质量良好。     

GCr15轴承钢连铸生产实践

通过对石钢小方坯连铸机进行工艺优化和设备改进,使连铸坯的表面质量、低倍质量、钢中非金属夹杂物均大幅度提高。为适应GCr15轴承钢生产改进了结晶器铜管,成功实现了GCr15轴承钢在小方坯连铸机的稳定生产,产品质量符合国家标准要求。     

轴承钢大方坯凝固末端特性与中心质量控制

连铸流程取代模铸锻造生产高端轴承钢是当前的发展趋势。为了改善GCr15轴承钢200 mm×240 mm大方坯连铸中常见的中心缩孔和中心偏析问题,借助数值模拟研究连铸坯传热与凝固进程,并通过工业试验调整拉速探究末端电磁搅拌(final electromagnetic stirrer, F-EMS)和轻压下(soft reduction, SR)对连铸内部质量的协同影响机制和效果,通过低倍酸侵观察不同工艺下铸坯的横纵截面缩孔疏松和裂纹情况,通过钻屑取样检测铸坯横截面上碳偏析分布。结果表明,拉速为0.95 m/min时铸坯凝固终点仅为13.0 m,此时提升F-EMS强度且使用轻压下虽然可以改善中心缩孔,但F-EMS也将更多高浓度钢液搅入铸坯中心,由于铸坯中心熔池宽度小,对高浓度溶质的稀释作用小,熔池难以稀释这些钢液从而使得铸坯中心偏析反而加剧。而在F-EMS电流强度为540 A、SR总压下为7 mm的工艺下,拉速提升至1.2和1.4 m/min时,铸坯内弧侧都产生了压下裂纹,且由于GCr15轴承钢连铸凝固两相区较宽,拉速为1.4 m/min时铸坯在铸机上产生裂纹的压下辊处,铸坯内部裂纹敏感区...     

多孔水口对轴承钢280 mm x325 mm铸坯结晶器钢液流场和温度场的影响

采用数值模拟的方法对比分析了直通式、四孔式以及五孔式水口对GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯连铸结晶器内钢液流场和温度场的影响。结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲刷,利于坯壳均匀生长,但钢液冲击深度大,在弯月面处速度小,不利于大方坯质量的提高。当采用四孔水口时,钢液热中心上移,钢液面处温度可提高8℃,钢液向上漩流增强,有利于降低结晶器内钢水过热及保护渣的熔化,但由于钢液对结晶器宽、窄面坯壳的冲刷致使冲击区域附近坯壳出现不同程度的零增长区域。当采用五孔水口时,除了钢液热中心上移,钢液向上漩流增强,由于侧孔钢液流速减小,对坯壳的冲刷减小,有利于保护渣的快速熔化、过热度的快速降低,坯壳的均匀生长,显著提高大方坯的质量。     

GCr15轴承钢碳化物高温扩散的研究

由于轴承钢的碳含量较高,在钢液凝固过程中易形成较大的碳偏析,且在后期的加热、轧制过程中难以有效消除。研究了240 mm×240 mm GCr15轴承钢大方坯碳化物析出形态、金相组织随不同加热工艺制度的变化,通过理论推算了GCr15轴承钢的高温扩散系数,确定了最佳加热的工艺。     

60 t BOF-LF(VD)-150 mm×150mm连铸生产GCr15轴承钢的工艺实践

济源钢铁公司采用60 t顶底复吹转炉高拉碳操作法,控制转炉终点[C]0.08%～0.20%,出钢过程钢包底吹氩并加铝铁脱氧,LF采用CaO-Al₂O₃-SiO₂高碱度渣精炼,连铸钢水过热度20～30℃,M+F电磁搅拌,全程吹氩保护浇铸,铸坯堆垛缓冷工艺生产150 mm×150 mm GCr15轴承钢铸坯。实践表明,GCr15轴承钢的氧含量为（6.3～11.9）×10^-6,平均氧含量为9×10^-6,连铸坯的低倍组织良好。     

南钢100t UHP EAF-LF(VD)-CC生产GCr15轴承钢的工艺实践

南京钢铁公司采用100 t高阻抗超高功率电弧炉-100 t钢包精炼炉-5流150 mm×150 mm方坯连铸-连轧工艺生产GCr15轴承钢。GCr15轴承钢生产结果统计表明,通过炉料中配入55%～70%铁水,电弧炉出钢时碳含量0.22%～0.24%、磷含量0.004%～0.006%、硫含量0.040%～0.043%;精炼渣成分(%):53～58CaO、13～16SiO₂、15～20Al₂O₃、3～5MgO,碱度2.3～3.3;精炼时全程吹Ar搅拌,67 Pa VD处理≥20min,连铸全程保护浇铸,使真空处理后GCr15轴承钢平均氧含量为10×10^-6,铸坯中最低氧含量为7×10^-6。     

GCr15轴承钢探伤缺陷与夹杂物的关系

 为了系统分析某厂高碳轴承钢(GCr15)高频探伤缺陷的形成原因,采用ASPEX自动扫描电镜跟踪了冶炼各环节与缺陷相关类型夹杂物的来源和演变。结果表明,造成高频探伤不合格的主要原因存在于基体中的大颗粒MgO-Al2O3夹杂物;冶炼过程中LF工序和中间包是MgO-Al2O3夹杂物产生的主要场所,此类夹杂经VD处理后降低了93.1%;通过提高中间包耐火材料的体积密度和耐压强度,合理降低耐火材料中SiO2和MgO的质量分数,使得中间包耐火材料的侵蚀程度大幅度降低,GCr15轴承钢高频探伤合格率从79%提高到98%。     

GCr15轴承钢连铸方坯与电渣重熔铸锭的 原位统计分布分析

GCr15轴承钢作为高碳钢,其元素偏析尤其是碳元素的偏析对于钢的组织和性能有很大影响。实验应用原位统计分布分析技术对GCr15轴承钢连铸方坯整个横截面以及GCr15电渣锭的中心区域进行了对比分析,并重点研究了C和Cr元素的偏析情况以及试样表面的疏松情况。通过C和Cr元素含量二维等高图以及统计偏析度的对比分析可知,连铸方坯横截面的C和Cr元素都存在严重的中心偏析现象,同时在中心偏析区域外围观察到由于树枝晶搭桥而造成的环状、不连续的C元素负偏析带;GCr15电渣锭中心区域的C和Cr元素分布则较为均匀,即偏析现象得到明显改善。此外,电渣重熔前后试样表面的统计致密度和统计疏松度表明,电渣锭的致密程度要明显优于连铸方坯。     

基于加热炉埋偶实验的GCr15钢坯心部温度预测

加热炉钢坯的心部温度均匀性控制对产品质量稳定性至关重要,由于加热炉中的高温环境,对钢坯心部温度高精度预测始终是一个难题。为了解决这个难题,本实验建立了一种基于钢坯埋偶黑匣子温度测量方法,有效获知加热炉内钢坯不同位置实际温度分布情况。基于黑匣子测温实验数据,采用数据清洗、数据平滑与标准化等预处理方法,采用基于数据驱动的神经网络、随机森林与XGBoost模型,利用加热炉中可测的炉气温度对不可测的钢坯心部的温度进行预测。预测GCr15钢150 mm×150 mm坯心部温度,结果表明：XGBoost模型回归预测效果最好,相对误差主要分布在0%～5.4%,模型中97.1%的样本点绝对误差小于10℃,其RMSE误差为4.1345℃,MAPE误差为0.47%。提出了钢坯埋偶黑匣子测温+XGBoost模型预测钢坯心部温度的方法。     

采用220mm^2连铸机生产高碳铬轴承钢的连铸工艺研究

在用220mm^2的连铸机连铸GCr15轴承钢方坯的基础工艺上,通过调整连铸时钢水过热度、拉速、二冷配水、电磁搅拌的参数来减少连铸轴承钢大方坯的中心碳偏析及中心疏松等低倍组织缺陷,从而提高GCr15轴承钢方坯的质量。     

贵阳特钢60t Consteel EAF-LF(VD)-CC流程生产GCr15轴承钢的工艺实践

通过Consteel电弧炉偏心底出钢留渣作业,熔炼过程温度控制为1 560~1 590℃,全程泡沫渣冶炼,出钢时[P]≤0.010%;LF时用低碱度复合精炼渣精炼,VD处理时,真空度≤67 Pa,氩气搅拌20 min;150 mm×150 mm方坯连铸采用全程保护浇铸和结晶器电磁搅拌,使贵阳特钢GCr15轴承钢中的氧含量为(5~11)×10^-6,平均氧含量为9×10^-6。     

氮对GCr15轴承钢高温力学性能的影响

实验用钢GCr15(%:0.97～1.03C、1.43～1.59Cr)用10 kg真空感应炉熔炼,在充氩情况下,使用氮化硅向钢中加0.1%～0.3%氮。通过Gleeble-1500热模拟试验机对该钢的锻材在700～1150℃进行拉伸试验,并用光学显微镜、扫描电子显微镜观察断口形貌和纵向组织。结果表明,氮在钢中以固溶形式存在,随氮含量增加,高温下钢的断面收缩率有较大提升,峰值应力提升不明显。     

过热度对GCr15SiMn轴承钢钢锭宏观偏析的影响

针对GCr15SiMn钢锭易出现宏观偏析凝固缺陷的问题,研究了过热度对GCr15SiMn钢锭宏观偏析的影响规律,使用真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,通过酸侵试验与OPA技术分别测定了钢锭的凝固组织与宏观偏析,并结合ProCAST软件分析了钢液流动的规律。结果表明,高过热度(70 ℃)时,中心下部出现一定程度的负偏析,中心上部形成了较严重的正偏析同时伴随疏松;中过热度(50 ℃)时,疏松范围较小,碳元素分布较均匀;低过热度(20 ℃)与极低过热度(-20 ℃)时,疏松范围扩大,凝固初期是严重负偏析,凝固末期是严重正偏析。过热度影响偏析的机理为,高过热度时,凝固过程热对流较强,溶质上浮,钢锭上部的正偏析严重;当过热度过低时,初期凝固大量形核并保留在钢锭底部,在底部形成严重的负偏析。     

船板在线温度测试与分析

利用＂黑匣子＂实时动态测量并记录了船板在加热过程中的温度分布,给出钢坯加热过程中加热炉的上下炉温曲线、钢坯加热温度曲线等重要参数,分析了钢坯在加热炉内各段的温度分布情况。为船板的数学模型控制、故障诊断等方面提供了参考。