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导轨不锈钢生产工艺技术简介

时间:2020/3/27 8:55:01

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  •         上银导轨用钢的质量是所有合金钢中要求最严格、检验项目最多的钢种。世界公认导轨钢的水平是一个国家冶金水平的标志。导轨对其材料的要求较高,必须具备高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度、弹性极限,良好的冲击韧性、断裂韧性、尺寸稳定性、防锈性能和冷热加工等性能。为保证这些性能要求,导轨钢的冶金质量必须保证其严格的化学成分及化学成分均匀性,特别高的纯净度,极低的氧含量和残余元素含量,严格的低倍组织和高倍组织,严格的碳化物均匀性,严格的表面脱碳层和内部疏松、偏析、显微孔隙等,不允许存在裂纹、夹渣、毛刺、折迭、结疤、氧化皮、缩孔、气泡、白点和过烧等表面和内部缺陷。我国特钢企业2007年导轨钢产量为245万t。  


           当前世界各国所使用的导轨钢主要有5大类,即高碳铬导轨钢、渗碳导轨钢、不锈导轨钢、高温导轨钢、中碳导轨钢。高碳铬导轨钢。高碳铬导轨钢是含铬0.6%~1.5%的高碳合金钢,目前我国标准中采用5个牌号,GCr15、GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15SiMn。高碳铬导轨钢已有100多年的历史,长期的生产和使用证明,这种钢基本上可以满足一般工作条件的导轨要求,具有良好的耐磨性和抗接触疲劳性能,有较理想的耐锈蚀性和一定的弹性、韧性,加工性能较好,价格也较便宜,因此应用最广。由于淬透性的差别,其中用量最大的是GCr15和GCr15SiMn,GCr6和GCr9已很少采用。 


            渗碳导轨钢。渗碳导轨钢实质上是优质渗碳结构钢,目前我国标准中采用6个牌号,G20CrMo、G20CrNiMo、G20Cr2Ni4、G20CrNi2Mo、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo。这类钢经过渗碳、淬火、回火等热处理工序后,表面具有很高的硬度和一定的耐磨性以及较高的抗接触疲劳强度,且其心部都具有良好的韧性、一定的强度和硬度。主要用于承受冲击载荷下的导轨和特大型导轨,如铁路、轧钢机用导轨等。


            上银导轨不锈导轨钢。有马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢,目前我国标准中采用3个牌号,9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4。其中以马氏体不锈钢9Cr18使用最多。这类钢经过热处理可以得到全部或大部马氏体组织,具有高强度、很好的耐磨性和韧性,特别是在海水、酸、有机盐水溶液中具有较强的抗锈蚀能力。这些导轨钢的缺点是碳含量高,碳与铬形成粗大的一次碳化物,降低材料的机械性能,减少铬元素对抗腐蚀的贡献。1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢,经热处理后可以得到单一的奥氏体组织,具有良好的韧性和很好的抗腐蚀能力。但由于强度、硬度不高,只适用于制造低负荷、低转速导轨。  


            高温导轨钢。高温导轨钢具有一定的高温硬度和高温耐磨性。高温接触疲劳强度、抗氧化、耐冲击、高温尺寸稳定性等特点。此类钢利用高速钢和高铬马氏体不锈钢的一些钢号。我国目前使用的高温导轨钢主要有:9Cr18Mo(260℃)、Cr4Mo4V(315℃)、Cr14Mo4(480℃)、W6Mo5Cr4V2(480℃)、W9Cr4V2Mo(520℃)、W18Cr4V(560℃)、W12Cr4V5Co5(590℃),其中使用最普遍的是Cr4Mo4V。高碳铬导轨钢的回火温度是160~180℃,所以使用温度一般不超过120℃,如果使用温度超过120℃,钢的强度急剧下降,尺寸不稳定,并导致导轨的疲劳强度降低。所以,只能用高温导轨钢而不能用高碳铬导轨钢,如飞机用涡轮喷气发动机的功率越来越大,压缩机和涡轮机的主轴导轨要求耐高温,其工作温度一般为55~260℃,高者可达370℃,在这种工作条件下,只能采用高温导轨钢。 


            中碳导轨钢。中碳导轨钢是中碳合金钢,我国目前主要有:55、50MnA、70Mn、5CrMnMo、60CrMnMoA、55SiMoVA、50SiMo,后两个钢号是我国开发的抗冲击导轨钢。此钢类适用于制作掘进、起重、大型机床等重型设备上用的特大尺寸导轨,一般转速不高,但承受较大的轴向、径向载荷及弯曲应力等。  钢的冶炼水平是导轨钢内在质量好坏的先决条件。钢中的氧含量、成分偏析,夹杂物数量及分布,大颗粒碳化物的状况是影响导轨钢内在质量的重要冶金因素。近年来,导轨钢的冶炼技术就是围绕这些关键因素相继发展起来。钢中氧含量可稳定在≤(10~15)×10-6,一些先进企业可控制在(5~8)×10-6。

             

           钢中夹杂物分为A(硫化物)、B(氧化物)、C(硅酸盐)、D(点状不变形夹杂)4种类型,不同类型的夹杂物对导轨寿命影响也不同,夹杂物的尺寸和在钢中的位置对导轨寿命也有不同的影响。钢中氧含量愈低,导轨钢寿命愈高。上述4种夹杂物中后三者都是由氧化物所构成,三者对导轨寿命的有害影响已为大量事实所证明,钢中的氧含量几乎全部(除溶解氧外)由它们提供。因此,近年来在衡量导轨钢质量上把氧含量当作极为重要的指标。  


            无论是转炉或电炉流程,二次精炼是导轨钢生产中的关键工序,主要精炼设备以LF或ASEA-SKF配有VD或RH为主,可使内在质量得以保证导轨钢连铸的问题一直是人们关注的重点。长期以来,连铸坯中心疏松和偏析严重的问题并没有得到根本的解决,至少在我国还是一个“难题”。既使采用了电磁搅拌技术、轻压下技术改善疏松和偏析,由于中心疏松会残留在球极区,又会带来新的“白亮带”缺陷。尽管如此,目前,导轨钢的连铸工艺已被世界众多特殊钢厂所采用,而且除部分滚动体用导轨钢外,绝大多数导轨钢采用连铸生产。目前,为了解决导轨钢连铸坯的质量问题,正在积极地开展着如下工作:除强化冶炼技术、降低钢中的氧含量和有害杂质外,在连铸过程还采用中间包加热、电磁搅拌、结晶器液位控制、强化二次冷却和液相穴压下技术,采用浸入式水口加保护渣的保护浇铸技术,增大连铸坯断面达到大的压缩比热轧导轨钢材等。在导轨钢棒材轧制生产中,对坯料进行表面探伤,修磨,实现精坯轧制已达成共识,并且要严格遵守加热工艺制度以控制脱碳程度。采用控轧、控冷技术,步进加热炉、连轧机组、连续退火炉,在线质量监控等技术。世界上生产导轨钢最著名的厂家有瑞典SKF公司,日本的山阳特殊钢厂,美国Timken公司等。 


           日本山阳公司的棒线生产工艺流程:UHP电炉-LF精炼炉-RH精炼炉-连铸或模铸-初轧-三辊行星轧机或大型轧机-无损探伤-修磨-连轧机组-无损检验-连续炉球化退火-无损检测-检验入库。SKF公司OVaK0钢厂棒线生产工艺流程:电炉-LFV精炼炉-模铸-均热炉-初轧-火焰清理-150×150坯料-检验、喷丸、修磨-加热-除鳞-轧制-冷却-剪切-打包-发货。该厂年产45万t钢,全部采用模铸,初轧开坯,而没有采用连铸。OVaK0钢厂也认为连铸导轨钢已不是技术问题,但是他们主要考虑了经济问题,因产品规格的覆盖面使其投资成本与产量规模不相匹配。他们进行了一系列有利于产品质量提高的改造投资。 


            我国某著名特殊钢厂导轨钢棒材4条生产线工艺流程:电炉-VHD精炼炉-模铸(680kg锭)-钢锭修磨(需要时)-Φ650轧机-酸洗、抛丸、检查-修磨-需要时退火-包装-入库。UHP电炉-LF+VD精炼炉-连铸或模铸(3t锭)、850开坯-检查-修磨-连轧(需要时连续退火)-检查-修磨-校直-包装入库。  电炉-模铸电极-电渣冶金-轧制-或热处理-精整-包装入库。真空感应炉-真空自耗炉-轧制-精整-或热处理-包装入库。



     


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