宋振平¹，王伟^1，2
（1.邢台钢铁有限责任公司，河北邢台 054027；2.河北省线材工程技术研究中心，河北邢台 054027）

　　摘　要：采用淬火+回火方法，研究了不同连铸工艺下轴承钢钢坯的偏析情况。结果表明，不同工艺下连铸坯边部偏析均较轻，混晶区和中心区域差别较大。低拉速和轻压下的采用对轴承钢连铸坯偏析影响大，低过热度相对没有表现出明显的影响。从混晶区到铸坯中心，偏析严重区域出现了一次共晶碳化物，并伴随着TiN、MnS等夹杂物，对产品疲劳寿命造成了影响。
　　关键词：偏析；一次共晶碳化物；连铸工艺

　　轴承钢C、Cr含量高，容易出现偏析，并且普通的扩散退火难以完全消除偏析。连铸工艺参数的变化显著影响轴承钢连铸坯偏析情况，进而直接影响到轴承制品的寿命。然而，当前并没有很好的方法对轴承钢铸坯偏析情况进行精确评价。
　　轴承钢盘条带状组织可以通过淬火+回火方法清晰的显示出来，其原理是将试样加热至奥氏体化，但奥氏体化温度较低，碳原子难以扩散均匀，回火时碳化物重新析出。此时原先偏析的区域，碳化物析出较多，宏观上能够清楚的显示出带状形貌。受此方法启发，对连铸坯进行淬火+回火处理，即840℃×0.5h水冷，随后150℃×1.5h空冷处理，能够直观的观察到连铸坯偏析区域。通过对不同工艺连铸坯不同位置进行分析，可以有效的评价连铸工艺对偏析的影响，因此采用这种方法对连铸坯进行了研究。
　　1　偏析的演化
　　通过对连铸坯到盘条偏析带的分析，可以看出偏析的演化情况，如图1所示。连铸坯中不可避免地存在枝晶间偏析，通过长时间高温扩散退火可以将较轻的偏析和液析消除掉，但严重的偏析将保留到盘条中，并沿轧制方向拉长[1]。随着轧制的进行，偏析带被轧制的越来越细长，Z终形成盘条中的带状组织。

　　连铸坯偏析严重区域，大多伴随着硫化物、氮化物等夹杂的聚集，在轧制过程中硫化物随着偏析被轧成长条状，氮化钛等硬颗粒夹杂则破碎后呈条带分布。
　　盘条中，并沿轧制方向拉长^[1]。随着轧制的进行，偏析带被轧制的越来越细长，Z终形成盘条中的带状组织。
　　连铸坯偏析严重区域，大多伴随着硫化物、氮化物等夹杂的聚集，在轧制过程中硫化物随着偏析被轧成长条状，氮化钛等硬颗粒夹杂则破碎后呈条带分布。
　　2　试验工艺及取样
　　为进一步查看不同连铸工艺对偏析的影响，对比了两种轴承钢连铸工艺，具体工艺参数如表1所示。

　　对不同工艺生产的连铸坯进行切割取样，试样由边部到铸坯中心编号为1^#~9^#，如图2所示。试样经过淬火+回火处理后，磨掉表面脱碳层，采用4%硝酸酒精进行侵蚀观察金相组织。

　　3　铸坯偏析情况对比
　　（1）边部：1^#、2^#、3^#试样处于铸坯边部，属于连铸坯的表层细晶区和柱状晶区，不同连铸工艺偏析程度都很轻。其中2^#试样的金相形貌如图3所示。

　　从图3中可以看出，不同连铸工艺下，连铸坯边部的偏析程度都较轻，枝晶间距也小。由于边部冷却速度较快，柱状晶生长迅速，铸坯成分比较均匀，仅在二次枝晶间存在低程度的偏析。这种偏析可以通过较短时间的高温扩散消除掉，相对来说危害较小。
　　（2）混晶区：4^#~6^#试样属于连铸坯的混晶区。不同连铸工艺下，混晶区的偏析程度明显不同。不同工艺下的5^#试样金相组织如图4所示。

　　从图4中可以看出，工艺二混晶区偏析程度相对较严重，金相上可以看到枝晶间存在较多白亮色的一次共晶碳化物（即液析）。轴承钢由于碳含量较高，同时存在铬元素使钢的共晶点碳含量降低到1.5%左右^[2]，因此在凝固过程中偏析严重的区域将发生共晶转变，形成一次共晶碳化物。这种碳化物质地硬脆，在轧制过程中破碎成链条状分布的小颗粒，严重降低了轴承的使用寿命。
　　值得注意的是，液析碳化物周围几乎都伴随着硫化物或氮化钛，通过磷偏析试剂侵蚀发现液析周围还伴随着磷偏析。这些偏析Z终都将依附在盘条带状上，对使用寿命造成影响^[4]。
　　工艺一虽然过热度高，也没有采用轻压下措施，但偏析程度要优于工艺二。说明拉速对连铸坯混晶区质量的影响要大于过热度，这与宝钢学者的观点是相同的[3]。低拉速阻止了柱状晶的过分生长，减少了两相区长度，降低了偏析水平，因此在混晶区区域表现出相对较好的质量。
　　在本次试验工艺下，轻压下的作用还没有影响到混晶区，因此工艺二采用轻压下措施对5^#试样的作用并不显著。
　　（3）中心区域：7^#~9^#比较靠近中心区域，从铸坯中的位置来说已经进入中心等轴晶区，冷速的作用在这里已经弱化，轻压下的效果开始凸显出来。如图5所示。

　　从图5中可以看出，轻压下的作用在中心区域比较显著。工艺一拉速较慢，理论上减少了柱状晶的搭桥，铸坯中心区域质量应该较好。但由于工艺二采用了轻压下措施，心部偏析程度大为减轻，并且缩孔明显变少。
　　两种不同的工艺导致了铸坯各个部位偏析情况的不同。总体来说，两种工艺边部到柱状晶区之间偏析都较轻，从混晶区开始恶化。低拉速工艺由于铸坯外部冷速大、两相区长度短，偏析较轻，但由于没有轻压下，偏析越到中心区域越严重；低过热度工艺由于冷速慢和轻压下的影响，混晶区到中心部位之间的区域偏析严重，越靠近中心偏析改善越明显。
　　4　结论
　　通过连铸坯不同部位淬火+回火的方法，能够比较直观地显示出偏析情况，也就能对某种工艺对连铸坯偏析的影响进行评价。对比两种工艺，可以看出两者铸坯边部质量都较好，工艺一呈现出中间好、中心差的趋势；工艺二呈现出中间差、中心好的趋势。可见低拉速和轻压下的采用，可以明显改善连铸坯的偏析水平，低过热度作用不如前两者作用明显。
　　参考文献：
　　[1]苏俊奇，孟焕紫，徐以青，等.浅析冷轧辊坯中的带状碳化物[J].大型铸锻件，2004(2)：26-28.
　　[2]Toshikazu Desugi。Recent development of bearing steel in japan[J]，ISIJ，1988，28：894-895.
　　[3]李成斌，徐荣军.改善1Cr13连铸坯中心缺陷生产实践[C]∥2014年全国炼钢-连铸生产技术会论文集.2014：444-448.
　　[4]Scholes A.Segregation in continuous casting[J].Iron.Making and Steel Making，2005，32：101-102.

 来源：《热加工工艺》2016年第17期