轴承钢的连铸

 高碳铬轴承钢，对钢的夹杂物和碳化物要求较为苛刻，铸坯易产生偏析、缩孔和裂纹等缺陷——连铸困难，发展慢。日本山阳特殊钢厂于1982年建成连铸机，氧含量比模铸降低2.5×10-4%；
 瑞典SKF公司Ovako厂于1991年投入的新车间沿用模铸生产轴承钢，美国Timken公司没有采用连铸。1991年和1997年在ASTM举办的轴承钢国际会议，轴承钢连铸仍然是一个有争议的课题；
 到目前为止，没有一片文章报道，彻底解决了轴承钢连铸坯的中心碳偏析问题；
 轴承钢的连铸工艺一般应包括：钢包和中间包烘烤、下渣监测、留钢及中间包钢水加热，全程无氧化保护浇注，结晶器页面自动控制，结晶器小振幅高频率振动，结晶器二冷末端电磁搅拌，轻压下技术。
 钢液准备
 温度控制
 连铸机的选择
 拉速和二冷的控制
 保护浇铸
 连铸电磁搅拌
 连铸轴承钢的碳化物特性及其均匀化技术
 铸坯断面、压缩比及轻压下
 连铸坯的质量 

1 钢液准备
 严格控制化学成分
 较少或消除铸坯内裂和偏析裂，Mn/S≥30，钢液残铝量0.01%-0.015%——堵水口，减少Al2O3 

2 温度控制
 冷却强度比模铸大，凝固界面的温度梯度高，柱状晶发达，树枝晶相遇，产生“搭桥”现象。因此，连铸坯心部产生周期性断续的缩孔与偏析；
 铸坯凝固时柱状晶发达因素中，过热度、二冷强度等是导致偏析与缩孔主要因素。影响连铸坯低倍质量的连铸工艺参数中，过热度占主要地位；
 轴承钢要求尽可能低的过热度、较慢的拉速下浇铸才能得到偏析小、组织均匀而致密的钢坯。
精炼终点温度计算
 T精炼终点=T液+ΔT钢包-中间包+ΔT+k（t1+t2）
k值与钢包容量、耐火材料的导热性和加热周转情况密切相关，使钢包处于热平衡状态取得的值。 

3 连铸机的选择
 轴承钢选择立式较为理想。它是高质量、高硬度钢，若采用弧型机，关键是弧型半径——硬度高，铸坯矫直时，弧型半径不能保证铸坯变形的允许限度，则以产生矫直裂纹。
 轴承钢的弧型半径为：R=（25-55）D（一般为50D）。 

4 拉速和二冷的控制
 轴承钢含碳量高——对裂纹敏感，采用弱冷二冷制度。低拉速有利于缩短液心长度，抑制柱状晶的长大，减小中心疏松和中心偏析。但过低——给矫直和切割带来困难，不利于多炉连浇。
 二冷水量过大——铸坯表面温度低，横断面上温度梯度大，利于柱状晶生长，柱状晶区就宽；
 二冷水量过小——可使柱状晶区宽度减少，等轴晶区扩大，但刚的凝固系数下降，液相穴增长，对于改善轴心碳偏析不利；
 使用0.15-0.20 Mpa的压缩空气，实现气-雾冷却工艺，二冷水量很小，配合低拉速保证铸坯温度大于900℃。拉速一般控制在0.3-0.8m/min，并根据铸坯的断面尺寸调整拉速，将二冷配水量控制在0.25-0.31 L/kg。 

5 保护浇铸
 是防止二次氧化所必备的条件。四个环节：钢包至中间包的钢流、中间包的内钢液面、中间包至结晶器钢流、结晶器内钢液面；
 钢包至中间包采用长水口，氩气保护。中间包耐火材料多采用碱性涂层（或碱性绝热板）；中间包的钢液面使用特殊碱性覆盖剂；
 中间包至结晶器使用浸入式水口，结晶器内钢液面采用适应低过热度和低拉速浇铸的保护渣。 

6 连铸电磁搅拌
 电磁搅拌对改善轴承钢的连铸坯质量有重要作用——高温区和低温区充分混合，加快过热度的导出，并折断树枝晶，增加结晶核心及等轴晶数量，有效地控制树枝晶“搭桥”想象，改善铸坯中心碳偏析、中心疏松、缩孔等缺陷。 

7 连铸轴承钢的碳化物特性及其均匀化技术
 为改善碳化物，一般在连铸浇铸和铸坯的加热过程中，采用净化钢水、中间包钢水低过热度浇铸、低拉速和合适的二冷强度、合理的结晶器和二冷末端的电磁搅拌组合使用、轻压下技术和合理的连铸坯加热技术。 

8 铸坯断面、压缩比及轻压下
 压缩比与某些质量指标发生关系，如低倍组织、碳化物不均匀性；
 连铸坯钢材的压缩比小于钢锭成材——连铸轴承钢碳化物不均匀没有达到模铸材原因之一。另外钢锭一般需经均热炉高温扩散退火处理，碳化物偏析得到不同程度的均匀扩散；
 钢锭——二火成材（钢锭均热炉、初轧机开坯后钢坯连续加热炉加热），碳化物不均匀性再次改善；
 连铸坯——一次成材，碳化物扩散极其有限。
连铸坯断面尺寸的选择两种思想：
 日本——大截面铸坯，甚至选用垂直型铸机
 欧美——小方坯连铸机，省去开坯，一次成材
 大冶经验：小方坯生产特殊钢，尤其是轴承钢，为质量问题根源。压缩比小，钢材致密度不够，宏观组织满足不了要求；压缩比小，碳化物偏析得不到改善。
 高碳铬轴承钢连铸坯：180mm×180mm、200mm×200mm、210mm×240mm，轧制成直径≤55mm圆钢，可满足我国现行轴承钢的要求，压缩比为14-21，压缩比不得小于14。对于滚动体轴承钢，有人认为最小压缩比应为：35-50。
 轴承钢的铸坯断面尺寸一般不应小于200mm×200mm，较大断面的铸坯，可借助大的压缩比来达到改善中心偏析和中心疏松的目的。此外，矩形坯的中心偏析程度比方形坯轻。
 大断面铸坯需经二次成材，生产周期长，费用高；小断面一次成材，费用低。但是高碳铬轴承钢的轴心碳偏析是一个突出的质量问题特别是用于制作滚珠或滚针要特别慎重。
 在铸坯凝固末端采用“轻压下”装置，即在液相穴位部适当的位置，用压辊对铸坯施加一定的压力使其适度轻微变形，可以改善中心疏松和偏析。轻压下主要是对液相浓缩金属有向上的挤移作用和碎散分布作用——改善连铸坯的轴心偏析和致密度。
动态轻压下示意图
液芯位置变化
铸机上液芯位置的变化
动态轻压下的应用现状
国际上掌握并广泛应用动态轻压下技术的公司主要有：
 奥钢联VAI;
 德国SMS Demag;
 意大利Danieli;
 日本住友重机;
VAI连铸机在中国板坯连铸机份额达到60% 

9 连铸坯的质量
 氧及夹杂物含量
 碳化物不均匀性
 连铸轴承钢的接触疲劳寿命
氧及夹杂物含量
 炉外精炼——提高了轴承钢的质量，连铸轴承钢的氧含量进一步提高，因为模铸水口钢流与大气接触，中注管、汤道系统的耐火材料污染了钢液。
 日本和德国是世界上采用连铸工艺生产轴承钢较早且数量较大的国家，瑞典SKF公司到目前为止仍坚持模铸工艺。
不同轴承钢生产厂轴承钢的氧及夹杂物含量
碳化物不均匀性
 长期以来，连铸轴承钢用于制作套圈，并无多大异议，而制作滚动体（球、柱、针）则疑虑甚多。根本问题是连铸坯中心存在碳化物偏析。其实高碳铬轴承钢不管模铸或连铸，都存在碳化物偏析。
采取措施：
 模铸——选择合理的锭型、铸温、铸速、钢锭的高温扩散处理、增大锭重加大压缩比等；
 连铸——降低钢液过热度、控制拉速、调整而冷段的冷却强度、培植电磁搅拌、加大压缩比、甚至在凝固末端实施轻压下或锻打。注意只是得到相当程度的改善，偏析还会存在的，特别是高碳铬轴承钢。
连铸钢与模铸钢的夹杂物和碳化物比较
连铸轴承钢的接触疲劳寿命
 世界各国普遍采用接触疲劳寿宁试验方法来衡量轴承材质的优劣。大冶钢厂采用50t电弧炉（EBT）经LF—VD精炼的GCr15钢液，分别模铸3.0t锭和连铸180mm×180mm方坯，轧制成Ø35圆钢（模铸压缩比260，连铸33.7），在同一连续炉中球化退火，切取试样进行推力片接触疲劳试验。
连铸与模铸轴承钢接触寿命比较
结果由表可知，连铸材的疲劳寿命L10是模铸材的1.35倍以上。连铸轴承钢的氧含量及夹杂物含量达到或超过模铸钢水平；在压缩比足够大的情况下，连铸轴承钢的碳化物不均匀性接近模铸钢的水平；连铸轴承钢的疲劳寿命比模铸钢高，体现了连铸工艺的优越性。