CN101397628B

CN101397628B - 连铸轴承钢圆钢及其制造方法

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Publication number: CN101397628B
Application number: CN2007100463944A
Authority: CN
Inventors: 虞明全; 胡俊辉; 郑雨旸; 夏伟栋; 张建平
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: CN101397628A

Abstract

一种小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢，以重量百分数计的化学成分组成为：C：0.90～1.10％，Mn：0.20～0.50％，Si：0.15～0.50％，Cr：1.30～1.60％氧≤0.0007％，磷≤0.008％，硫≤0.005％，钛≤0.0025％，铜≤0.25％，镍≤0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，包括：炼钢钢液的选择→钢包浇注-中间包连铸轴承钢方坯→加热炉加热连铸轴承钢方坯→轧钢机轧制规格在∮20～75mm(压缩比最小可以达到10.96)的连铸轴承钢圆钢。这样得到的连铸轴承钢圆钢，其液析碳化物和带状碳化物不均匀性的评级达到中国国家标准要求，满足轴承厂家的要求。

Description

连铸轴承钢圆钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金行业合金钢的制造技术，特别是涉及连铸轴承圆钢及其制造方法。

背景技术

高碳铬轴承钢是含有铬元素的过共析钢。

传统的高碳铬轴承钢的生产工艺流程为：转炉或电炉初炼钢液→炉外精炼装备(包括LF，VD，RH等)精炼钢液→钢液浇注钢锭→钢锭加热和初轧开坯→钢坯加热和轧制成品材。

由于高碳铬轴承钢钢液浇注钢锭存在成坯率低的先天性缺陷，人们开发了钢液直接浇注钢坯的方法，即连铸的方法，使钢液的成材率比模铸方法提高10％以上。

连铸高碳铬轴承钢在连铸凝固结晶过程中，与模铸凝固结晶过程一样，不可避免地产生碳化物。这些碳化物按生成的时间性分为液析碳化物、带状碳化物、网状碳化物三种。对于加工用途为热压力加工的高碳铬轴承钢而言，其碳化物主要是指前两类碳化物。液析碳化物是一种共晶组织，在高碳铬轴承钢连铸坯中心偏析部生成，其由铬的富集碳化物和金属相组成。严重的液析碳化物使轴承套圈产生裂纹并最终开裂报废。钢坯中的碳化物在热压力加工过程中拉伸成高低浓度相间的偏析带，其中的高浓度的偏析带在轧后冷却过程中析出较多的二次碳化物，这种二次碳化物称为带状碳化物是。严重的带状碳化物使轴承套圈产生剥落，严重影响轴承寿命。因此，热压力加工用高碳铬轴承钢对钢中的液析碳化物和带状碳化物的级别(也称为碳化物的不均匀性指标)有明确的要求。

连铸高碳铬轴承钢的钢坯→钢材的压缩比(钢坯的截面面积与钢材的截面面积之比)，常规为20左右；较好的为15左右(2002年2月，SKF公司交流资料；国内压缩比最小为14(《轴承钢》，2000年11月第1版第288页，冶金工业出版社))。

压缩比如果低于15，如在10～13时，碳化物不均匀性合格率仅为65％。如果压缩比控制在15左右，例如，我公司目前采用220×220mm²的连铸坯，相应的成品材的规格最大为∮60mm，其最小的规格为∮20mm，则碳化物不均匀性合格率可达95％。

要解决压缩比在10～13条件下的碳化物不均匀性问题，常用的办法是：大大延长常规轧钢加热炉的加热时间，或者提高常规轧钢加热炉的加热温度。前者严重影响轧钢机的生产率和钢坯的表面脱碳，使生产成本增加和钢材的表面脱碳超标；后者容易造成钢材的中心出现显微孔隙，形成显微裂纹。

目前有关连铸高碳铬轴承钢的压缩比控制及其加热相关技术专利主要有CN200410089358.2、CN02112241.5、JP3075312专利。

CN200410089358.2专利申请虽然提到坯→材的压缩比＞10，但并没有提出解决碳化物不均匀性问题的方法。

CN02112241.5专利申请采用连铸轴承钢小方坯(120×120mm²、140×140mm²、160×160mm²)，最终轧制出∮50mm以下(压缩比最小为9.98)的连铸轴承钢成品材，但也没有提出解决碳化物不均匀性问题的方法；同时，对于大规格的连铸轴承钢方坯(如300×300mm²或220×220mm²)，也没有提出压缩比的控制及其相关技术。

JP3075312专利提到碳化物不均匀问题，并采用了均热炉均热技术：在均热炉中，对高碳铬轴承钢，将钢坯加热到200～1260℃，时间在3～6小时；然后，进行轧制，使钢坯中的巨大碳化物扩散。但是没有涉及成分。

JP59137164专利提到碳化物不均匀问题，并采用连铸机(电磁搅拌)生产连铸矩形坯，控制电磁搅拌。其成分为C：0.80～1.20％，Si：≤1.0％，Mn：≤2.0％，Cr：0.5～2.0％。

由上所述，现有的连铸高碳铬轴承钢的压缩比控制及其加热相关技术都不能解决压缩比为10.96～14.99所带来的问题。

在保证碳化物不均匀性合格的前提下，压缩比如能从15下降到10.96～14.99，则有以下意义：

1)扩大规格：使现有连铸机-加热炉-轧钢生产线的产能有所提高，提高现有工艺装备使用率。

2)降低成本：对于成品规格偏大的连铸轴承钢圆钢，可采用中等坯型的连铸坯生产。另外，也避免了连铸坯加热时间过长或加热温度过高带来的质量问题。

3)使现有的连铸高碳铬轴承钢的压缩比控制世界难题有所突破。

4)连铸轴承钢圆钢具有纯洁度高、理化性能满足轴承的工作要求、轴承疲劳长的特点。

发明内容

本发明提供一种小压缩比、高清洁度的1.0C-1.5Cr连铸轴承钢圆钢及其制造方法。本发明通过成分设计，以及钢液精炼→钢液浇注→中间包连铸轴承钢方坯→加热炉加热连铸轴承钢方坯→轧钢机轧制连铸轴承钢圆钢这五个步骤，在连铸坯压缩比小于15，特别是10.96～14.99的前提下，使轴承钢圆钢的碳化物不均匀性符合产品标准。

本发明的小压缩比、高清洁度的1.0C-1.5Cr连铸轴承钢圆钢以重量百分数计(以下同)的化学成分组成为：

C：0.90～1.10％

Mn：0.20～0.50％

Si：0.15～0.50％

Cr：1.30～1.60％

氧≤0.0007％

磷≤0.008％

硫≤0.005％

钛≤0.0025％

铜≤0.25％

镍≤0.10％

余量为Fe及不可避免的杂质。

其中，优选地Mn：0.25～0.45％，Si：0.15～0.35％。

1)C

C是使钢强度提高的主要元素，高碳铬轴承钢球化处理后淬火使残余的、未溶解的碳化物的基体马氏体化，然后低温回火必须使硬度达到HRC62.5。如果C不到0.90％，则不能得到充分的球化碳化物和良好的基体性能，寿命和耐磨性都下降。如果C超过1.10％，则凝固组织会出现巨大碳化物，使均匀性困难，还有淬火回火后的残余奥氏体增多，尺寸精度随时间而变化的倾向变大。

2)Cr

Cr是碳化物形成元素，主要作用是提高钢的淬透性与耐腐蚀性能，并可提高强度、硬度、耐磨性、弹性极限和屈服极限。

Cr能显著改善钢中碳化物的分布及其颗粒大小，使含Cr的渗碳体型碳化物(Fe.Cr)3C退火聚集的倾向性变小。因此，Cr使高碳铬轴承钢碳化物变得细小、分布均匀，并扩大了球化退火的温度范围，一部分Cr熔于奥氏体中提高了马氏体回火稳定性。Cr还能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度。Cr含量在1.30-1.60％之间，再高会因残余奥氏体量增加而降低硬度；同时过高的Cr含量容易形成大块碳化物，如Cr7C3这种难熔碳化物使钢的韧性降低，轴承寿命下降。如果Cr含量低于1.30％，则基体中C和Cr之间不能达到奥氏体化温度下的平衡，从而影响钢中碳化物的分布及其颗粒大小。

3)Mn

Mn和铬一样是碳化物形成元素，能代替部分铬原子形成(Fe.Mn)3C型碳化物。但是这种碳化物与铬的碳化物(Fe.Cr)3C不同，加热时易固溶于奥氏体，回火时也易析出和聚集。所以，对于C和Cr含量分别为0.90～1.10％、Cr：1.30～1.60％的高碳铬轴承钢，Mn含量大于0.50％，会使钢中残余奥氏体量增加，钢的过热敏感性和裂纹倾向性增强，且尺寸稳定性降低。但Mn能显著提高钢的淬透性，部分锰溶于铁素体中，提高铁素体的硬度和强度。锰能固定钢中硫的形态并形成对钢的性能危害较小的MnS和(Fe、Mn)S，减小或抑制FeS的生成，因此，Mn不能低于0.20％。优选，Mn含量为0.25～0.45％。

4)Si

在高碳铬轴承钢中，硅使钢的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向性增大，使钢在球化退火状态的切削和冷加工性能变坏。所以，一般应把硅控制在0.80％以下，最好不超过0.50％。

但钢中加入Si，可以强化铁素体，提高强度、弹性极限和淬透性，改善抗回火软化性能。所以，应把硅控制在0.15％以上。

优选，硅含量为0.15～0.35％。

5)O

钢中O含量通常以各种氧化物+溶解O形式出现。无论何种氧化物在钢中生成，均离不开钢中的O。O含量越高，不仅造成氧化物夹杂数量增多，而且氧化物夹杂尺寸增大，偏析严重，夹杂级别增高，因而对疲劳寿命的危害也就加剧。因此，要努力降低钢中的O。本发明的钢中氧含量控制在0.0007％以下。如果氧含量超过0.0007％，则会增加钢中氧化物夹杂总量，容易在钢坯中心形成氧化物聚集，加剧钢坯中心的碳化物偏析，最终导致钢材中心偏析严重和缩孔超标。

6)P

P在低夹杂物含量的钢中，在晶界的偏析与富集更为明显。P不仅能加剧液析碳化物的生成，而且能加剧奥氏体化时的二次碳化物的析出。要努力降低钢中的P。在本发明中钢中磷含量控制在0.008％以下。如果钢中的残余磷含量大于0.008％，则增加晶界偏聚和富集并加剧液析碳化物的生成，而且能加剧奥氏体化时的二次碳化物的析出。

7)S

对含0.018％和0.004％S的轴承钢连铸坯的偏析程度比较表明：低S含量的柱状和轴向区域中的偏析程度明显较低。凝固过程中随S含量的增加而硫化物、碳化物分布的平均尺寸增加，故纵向偏析增加。为了改善轴承钢的碳化物，必须尽可能降低S含量。在本发明中硫含量控制在0.005％以下。如果硫含量超过0.005％，则会增加钢中硫化物夹杂总量，容易在钢坯中心形成硫化物聚集，加剧钢坯中心的碳化物偏析，最终导致钢材中心偏析严重和缩孔超标。

8)Ti

Ti与溶解于钢中的氮有着极强的亲和力，多以氮化钛、碳氮化钛夹杂物的形式残留于钢中。这种夹杂物坚硬，呈棱角形状，严重影响轴承的疲劳寿命，特别是在钢的纯洁度显著提高、其他氧化物数量很少的情况。Ti(C、N)夹杂物具有很高的刚性，并在几何形状上呈棱角状，因而在基体中极易造成应力集中诱导疲劳裂纹。随Ti含量增高，Ti(C、N)颗粒不仅大大增多，而且Ti(C、N)的级别也明显增高，疲劳寿命降低。因此，必须尽可能降低Ti含量。在本发明的钢中钛含量控制在0.025％以下。如果Ti超过含量0.025％，则会增加钢中氮化钛、碳氮化钛夹杂物总量，容易在钢坯中心或其他部位形成各类夹杂物聚集，并由此造成应力集中诱导疲劳裂纹，最终导致轴承的整体寿命严重下降。

9)Cu

Cu是低熔点有害元素，使钢加热时容易形成表面裂纹；同时也会引起钢的时效硬化，影响轴承精度。因此，必须尽可能降低Cu含量。在本发明钢中的铜含量控制在0.25％以下。如果铜含量超过0.25％，则会使钢材在被制造轴承的过程中容易在其表面形成低熔点区域，极易产生表面裂纹，最终导致轴承的整体寿命严重下降。

10)Ni

Ni在高碳铬轴承钢中作为残余元素受到限制，它的存在主要是增加淬回火后残余奥氏体量，降低硬度。因此，必须尽可能降低Ni含量。在本发明钢中镍含量控制在0.10％以下。如果镍含量超过0.10％，则将大大增加淬回火后残余奥氏体量，从而相对增加了钢中的碳化物的不均匀性，容易使带状碳化物超标。

本发明的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，包括如下步骤：

1)钢液精炼，使钢液的氧含量、磷含量、硫含量、钛含量、铜含量、镍含量分别不大于0.0007％、0.008％、0.005％、0.0025％、0.25％、0.10％，将钢液的温度控制在1500～1630℃；

2)将钢包内的钢液浇进中间包，其浇铸速度为1.5～2.5吨钢液/分钟；

3)中间包连铸轴承钢方坯，通过结晶器内的引锭杆头使中间包内的钢液进入结晶器内，同时结晶器有规则的振动使钢液在逐步下移的过程中，在结晶器电磁搅拌器的搅拌、二冷段的冷却水的冷却、二冷段末端的电磁搅拌器的搅拌下，逐渐凝固成连铸轴承钢方坯；中间包内的钢水的最高过热度控制在20～30℃内；

连铸拉速控制在0.7～1.1m/min；

二冷强度控制在0.3～0.5L/kg。

4)加热炉加热和均热连铸轴承钢方坯

在设有六个温度控制段的步进梁式加热炉中，采用天然气作为燃烧介质，加热连铸钢坯；

5)轧制连铸轴承钢方坯形成连铸轴承钢圆钢，其中压缩比小于15。

更具体地，本发明的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，包括如下步骤：

第一步，钢液精炼。

1.在60吨以上的直流电炉中进行初炼钢液的低磷化和低钛化，将钢中的残余磷含量和钛含量分别降至0.008％以下和0.0005％以下。如果钢中的残余磷含量大于0.008％，则增加晶界偏聚和富集并加剧液析碳化物的生成，而且能加剧奥氏体化时的二次碳化物的析出；如果钢中的残余钛含量大于0.0005％，最终钢材中的残余钛含量必大于0.0025％。

(1)在60吨以上的直流电炉中，通过通入直流电流和输入氧气，使装入的炉料熔化变成1560～1650℃温度范围内的钢液；如果其容量小于60吨，那么，电炉出钢时，电炉中的氧化渣不易被挡住而进入钢包中使钢液中的残余磷含量和钛含量增高；

(2)间歇流出氧化性炉渣，例如，CaO≥20％、FeO≥30％、SiO₂≥7％、MnO≤10％、MgO≤10％，及补充不大于15公斤/吨钢的石灰；如果石灰用量大于15公斤/吨钢，则在使钢中的残余磷含量降至0.008％以下和钛含量降至0.0005％以下的前提下，每炉钢液的冶炼时间延长10分钟以上，电耗增加5％以上；

(3)向钢液中输入20～40立方米/吨钢的氧气；氧气供应量小于20立方米/吨钢使钢中的残余磷含量在0.008％以上和残余钛含量大于0.0005％；大于40立方米/吨钢使冶炼时间延长10～15分钟，钢铁料消耗增加1～2％；

2.在与直流电炉容量相匹配的交流式钢包精炼炉上，进行精炼钢液的低氧和低钛化，使精炼钢液的氧含量降到0.0010％以下，并使钢中钛含量和硫含量分别不大于0.0010％和0.005％；

(1)盛接钢液的钢包耐火材料是Al₂O₃-MgO-C砖，渣线为MgO-C砖；如果使用其他含铝钢包耐火材料，则可因其耐火材料中的二氧化钛的含量高，导致钢液中钛含量增高；

(2)钢包使用前完全清理，内表面不得有冷钢和残渣；如果钢包使用前的内表面有冷钢或残渣，则因冷钢或残渣中的残余钛或二氧化钛在钢液精炼过程中溶入或进入钢液，导致钢液中钛含量增高；

(3)在直流电炉出钢的同时，在盛接钢液的钢包内，添加特殊渣料(包括含纯CaO60～70％的石灰、含纯SiO₂在5～15％、含纯CaF₂在10～20％萤石)、合金(包括10～20公斤/吨钢的钛含量不大于0.02％的中碳铬铁或等同铬含量的钛含量不大于0.01％的低碳铬铁或微碳铬铁或金属铬、含纯Mn在0.20～0.40％的电解锰或碳锰铁合金、含纯硅在0.20～0.30％的特殊材料在内的特殊铁合金)、增碳剂(5～10公斤/吨钢的含碳量在80％以上的焦碳)和1～3公斤/吨钢的纯铝脱氧剂；

(4)在与直流电炉容量相匹配的交流式钢包精炼炉上，通入交流电流(电压在240伏以下，电流在20000～35000A之间)；

(5)钢包底部吹入氩气(底吹氩强度分别控制在0.2～0.3Mpa)。底吹氩强度过大，导致钢渣反应、钢液对钢包耐火材料的冲刷严重，使渣中或耐火材料中的氧化物和钛化物进入钢液而使钢中氧含量和钛含量增加。底吹氩强度过小，钢液温度和成分以及钢渣反应都不均匀和充分，导致钢液的脱氧及其夹杂物不能充分上浮，合金化元素在钢中分布不均匀。

(6)将钢液的温度控制在1500～1630℃，使钢液之上的固体渣料熔化成液态，一边使钢液和炉渣均匀化，一边通过热交换和钢包底部的氩气气泡的不断沸腾上升，使钢渣之间发生化学反应，同时，钢中的脱氧反应脱硫反应及其产物不断吸附上升，达到钢液脱氧和脱硫的目的。钢液温度低于1500℃，不利于钢液浇铸温度控制为1500～1505℃；钢液温度高于1630℃，则钢液在精炼之后要降温后才能符合浇铸温度为1500～1505℃的要求，浪费热能。

(7)精炼钢液冶炼时间在40～60分钟之内。如果时间小于40分钟，导致：钢液之上的固体渣料有可能无法完全熔化成液态；钢液中的固态合金及其他材料在钢液中分布不均匀；钢液的脱氧和脱硫不完全，其脱氧产物和脱硫产物无法充分上浮到炉渣中去，钢中氧含量和硫含量不可能分别达到0.0010％以下和0.010％以下；如果时间大于60分钟，导致：钢包耐火材料的表层被钢液长期冲刷而剥落进入钢液，进入钢液的耐火表层中的氧化物和钛化物和炉渣中的钛化物和氧化物可能被钢中的铝还原，使钢中的钛含量大于0.0025％，钢中氧含量大于0.0010％。

3.在与直流电炉容量相匹配的真空炉上，对精炼钢液进行真空处理，使钢中的钛含量不大于0.0025％和钢中氧含量不大于0.0007％和硫含量达到0.005％以下。通过140Pa以下的高真空度(如果真空度达不到140Pa，钢液和炉渣在20～35分钟时间内不能充分均匀化和反应，钢中的脱氧产物不能充分上浮，钢中的氧和硫含量不能分别降至0.0007％以下和0.005％以下)、真空时间为20～35分钟和钢包底部吹入氩气(真空底吹氩强度：0.1～0.2MPa)，使钢液和炉渣充分均匀化和反应，钢中的脱氧产物充分上浮，使钢中的氧和硫含量分别降至0.0007％以下和0.005％以下，并使钢中钛含量不大于0.0025％。如果真空时间小于20分钟，导致：钢液脱氧产物无法充分上浮到炉渣中去，钢中氧含量不可能达到0.0007％以下和硫含量不可能达到0.005％以下；如果时间大于35分钟，导致：钢包耐火材料的表层被钢液长期冲刷而剥落进入钢液，进入钢液的耐火表层中的氧化物和钛化物和炉渣中的钛化物和氧化物可能被钢中的铝还原。

第二步，钢液浇铸。

将钢包内的钢液浇进盛钢量大于10吨的T型中间包，T型中间包中使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝。(盛钢量过小，钢中大颗粒夹杂上浮时间不够，易产生卷渣。)其浇铸速度为1.5～2.5吨钢液/分钟。(浇铸速度过快，钢液溢出中间包；浇铸速度太慢，钢液流动不稳定，降低连铸拉速，使浇铸时间延长，钢液的二次氧化程度增加，不利于控制钢中氧含量)。对钢包中钢液浇入到中间包的液流，采用吹氩密封长水口加以保护，以达到高温钢水始终与大气隔离。同时，对中间包中的钢液，用保护渣覆盖，以达到高温钢水始终与大气隔离。

第三步，中间包连铸轴承钢方坯。

中间包连铸轴承钢方坯，如220×220mm²，通过结晶器内的引锭杆头使中间包内的钢液进入结晶器内，同时结晶器有规则的振动使钢液在逐步下移的过程中，在结晶器电磁搅拌器的搅拌、二冷段的冷却水的冷却、二冷段末端的电磁搅拌器的搅拌下，逐渐凝固成连铸轴承钢方坯，如220×220mm²。对于中间包中的钢液浇入结晶器中的液流，采用浸入式水口加以保护，以达到高温钢水始终与大气隔离。同时，对结晶器中的钢液，用保护渣覆盖，以达到高温钢水始终与大气隔离。

中间包内的钢水的最高过热度控制在20～30℃内。最高过热度＝中间包中钢水浇注过程中的最高温度一液相线温度。最高过热度超过30℃，钢坯中心偏析严重，液析和带状碳化物聚集严重；最高过热度低于20℃，不利于钢中夹杂物上浮，易引起水口冻结，迫使浇注中断。

连铸拉速控制在0.7～1.1m/min。拉速过快，连铸坯液芯穴增长，连铸坯壳太薄，易产生拉漏事故；拉速过慢，影响连铸机生产能力。

二冷强度控制在0.3～0.5L/kg。二冷强度过大，连铸坯表面和中心之间易出现裂纹和皮下裂纹及表面横裂纹；二冷强度过小，易造成连铸坯表面温度过高，凝固壳容易发生蠕变而产生鼓肚缺陷。

电磁搅拌制度为：结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌；搅拌工艺参数为结晶器电磁搅拌为单向旋转。结晶器电磁搅拌为单向旋转，有利于将柱状组织转换成树枝状结晶和等轴组织及偏析峰值的降低，同时有利于降低固液界面前沿整体的钢水温度梯度，有利于等轴晶的形核、生存和长大；结晶器电磁搅拌为双向旋转，不利于将柱状组织转换成树枝状结晶和等轴组织及偏析峰值的降低。凝固末端电磁搅拌为双向旋转，时间间隔为：正向8～12秒-反向8～12秒-正向8～12秒-反向8～12秒。凝固末端电磁搅拌为双向旋转，有利于在减轻中心偏析的同时，降低出现负偏析的几率。凝固末端电磁搅拌为单向旋转，不利于减轻中心偏析，并增加负偏析的几率。凝固末端电磁搅拌双向旋转时间间隔过长，有利于助长偏析的生成，不利于减轻中心偏析，并增加负偏析的几率。凝固末端电磁搅拌双向旋转时间间隔过短，意味着稳定搅拌时间太短，不利于减轻中心偏析，并增加负偏析的几率。

第四步，加热炉加热和均热连铸轴承钢方坯。

在设有六个温度控制段(均热段上下段、一加热段上下、二加热段上下段)的步进梁式加热炉中，采用天然气作为燃烧介质，加热连铸钢坯。一加热段的温度为1130～1150℃；二加热段的温度为1220～1250℃；均热段的温度为1210～1230℃；阴阳面温差≤30℃。对于成品规格为∮70～75mm的连铸轴承钢圆钢，总加热时间在270分钟以上。对于成品规格为∮20～70mm(不包括70mm)的连铸轴承钢圆钢，总加热时间在220分钟以上。

加热和均热温度过高，越有利于连铸高碳铬轴承钢中的液析碳化物和带状碳化物不均匀性的改善，但同时也越容易引起钢坯轴中心高浓度带区域呈孔洞分布的过烧，导致轴心区产生显微孔隙；同时加速了钢材表面的氧化过程和脱碳过程，导致脱碳超过1％钢材直径的规定值。加热和均热温度过低，则不能保证共晶碳化物完全溶解或碳、铬等碳化物形成元素没有充分扩散均匀，从而导致钢坯中的残留的共晶碳化物在随后的轧制过程中被破碎成不规则的角状小块，沿着轧制延伸方向分布，成为液析碳化物或带状碳化物。

加热和均热时间过长，碳化物不均匀性的改善程度越好，液析碳化物和带状碳化物不均匀性的评级越低，但同时势必降低加热炉和轧钢机设备的生产效率，消耗也越高，钢坯表面脱碳超过1％钢材直径的规定值。加热和均热时间过短，则不能保证共晶碳化物完全溶解或碳、铬等碳化物形成元素没有充分扩散均匀，从而导致液析碳化物和带状碳化物不均匀性的评级越高。

第五步，轧钢机轧制规格在∮20～75mm的连铸轴承钢圆钢。

采用轧钢机热加工轧制方法，先将合格的连铸坯表面进行清理，再将其热加工轧制至成品圆钢。

连铸轴承钢钢坯在加热到900℃以上就具有良好的塑性，可以采用与其他碳素钢类似的变形制度。本发明采用的轧机是22机架(包括6架粗轧、6架中轧、6架精轧和4架预应力轧机)的棒材轧机。

本发明通过钢液精炼→钢包浇注-中间包连铸轴承钢方坯，→加热炉加热连铸轴承钢方坯→轧钢机轧制规格在∮20～75mm(如压缩比最小为10.96时，可由220×220mm²轧制75mm规格的连铸轴承钢圆钢)的连铸轴承钢圆钢得到的1.0C-1.5Cr连铸高碳铬轴承钢圆钢的钢液纯洁度高。钢中氧含量、磷含量、硫含量、钛含量、铜含量、镍含量分别不大于0.0007％、0.008％、0.008％、0.005％、0.0025％、0.25％、0.10％。

以采用220×220mm²连铸坯为例，压缩比最小为10.96时，可将其圆钢成品规格从∮60mm(压缩比为17.11)扩大到∮75mm。

小压缩比、高清洁度的1.0C-1.5Cr连铸轴承钢圆钢的钢中液析碳化物评级和带状碳化物评级分别不超过0.5级和3级(GB/T18254-2002中国标准)。液析碳化物和带状碳化物不均匀性的评级达到中国国家标准要求，满足轴承厂家的要求。

装备和工艺通用性强，不须另添加专用设备；其工艺适合于一般高碳铬轴承钢的生产。

工艺适用性广，既适合于一般高碳铬轴承钢的生产，也适用于高纯高碳铬轴承钢的生产。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明。

实施本发明，生产10炉钢(实施例1～10)。其中钢液化学成分、钢液的纯洁度、生产工艺参数、理化性能指标见表1～2。

其中工艺流程为：钢液精炼→钢包浇注--中间包连铸轴承钢方坯(220×220mm²)→加热炉加热连铸轴承钢方坯→轧钢机轧制规格在∮65～75mm的连铸轴承钢圆钢。

第一步，钢液精炼。

1)在60吨以上的直流电炉中进行初炼钢液的低磷化和低钛化，将钢中的残余磷含量和钛含量分别降至0.008％以下和0.0005％以下。

(1)在60吨以上的直流电炉中，通过通入直流电流和输入氧气，使装入的炉料熔化变成1560～1650℃温度范围内的钢液；

(2)间歇流出氧化性炉渣(例如，CaO≥20％、FeO≥30％、SiO₂≥7％、MnO≤10％、MgO≤10％)及补充不大于15公斤/吨钢的石灰；

(3)向钢液中输入20～40立方米/吨钢的氧气；

2)在与直流电炉容量相匹配的交流式钢包精炼炉上，进行精炼钢液的低氧和低钛化，使精炼钢液的氧含量降到0.0010％以下，并使钢中钛含量和硫含量分别不大于0.0020％和0.005％以下；

(1)盛接钢液的钢包耐火材料是Al₂O₃-MgO-C砖，渣线为MgO-C砖；(如果使用其他含铝钢包耐火材料，则可因其耐火材料中的二氧化钛的含量高，导致钢液中钛含量增高)；

(2)钢包使用前完全清理，内表面不得有冷钢和残渣；

(5)钢包底部吹入氩气(底吹氩强度分别控制在0.2～0.3Mpa)。

(6)将钢液的温度控制在1500～1630℃，使钢液之上的固体渣料熔化成液态，一边使钢液和炉渣均匀化，一边通过热交换和钢包底部的氩气气泡的不断沸腾上升，使钢渣之间发生化学反应，同时，钢中的脱氧反应脱硫反应及其产物不断吸附上升，达到钢液脱氧和脱硫的目的。

(7)精炼钢液冶炼时间在40～60分钟之内。

3)在与直流电炉容量相匹配的真空炉上，对精炼钢液进行真空处理，使钢中的钛含量小于0.0025％和钢中氧含量不大于0.0007％和硫含量达到0.005％以下。通过140Pa以下的高真空度、真空时间为20～35分钟和钢包底部吹入氩气(真空底吹氩强度：0.1～0.2MPa)，使钢液和炉渣充分均匀化和反应，钢中的脱氧产物充分上浮，使钢中的氧和硫含量分别降至0.0007％以下和0.005％以下，并使钢中钛含量不大于0.0025％。

第二步，将钢包内的钢液浇进使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝的盛钢量在15吨的T型中间包中，其浇铸速度为2.4吨钢液/分钟。

第三步，5机5流连铸机连铸钢液，通过结晶器内的引锭杆头使中间包内的钢液分5流分别进入5个结晶器内，同时由每个结晶器的有规则的振动使钢液在逐步下移的过程中，在结晶器电磁搅拌器的搅拌、二冷段的冷却水的冷却、二冷段末端的电磁搅拌器的搅拌下，逐渐凝固成220×220mm²连铸坯。对于中间包中的钢液浇入结晶器中的液流，采用浸入式水口加以保护，以达到高温钢水始终与大气隔离。同时，对结晶器中的钢液，用保护渣覆盖，以达到高温钢水始终与大气隔离。同时，控制中间包内的钢水的最高过热度、连铸拉速、连铸二冷强度、结晶器电磁搅拌制度、凝固末端电磁搅拌制度和凝固末端电磁搅拌时间间隔，具体见表1～2。

第四步，加热炉加热连铸轴承钢方坯。在步进梁式加热炉中，将加热温度控制在规定范围内，并控制加热时间，具体见表1～2。

第五步，采用轧钢机热加工轧制方法，先将合格的连铸坯表面进行清理，再将其热加工轧制至成品圆钢，最大规格可达∮75mm。

表1～2为连铸轴承钢圆钢的工艺参数及其理化指标数据。

从表1～2的结果可以看出，实施本发明的方法生产出的220×220mm²轴承钢连铸方坯，轧制出∮65～75mm的连铸轴承钢成品材，压缩比达到10.96～14.99，成品材的氧含量、磷含量、硫含量、钛含量、铜含量、镍含量分别不大于0.0007％、0.008％、0.005％、0.0025％、0.25％、0.10％；液析碳化物和带状碳化物不均匀性的评级分别为0级和3.0级以下，满足轴承厂家的要求。

以上通过具体实施例对本发明进行了较为详细的说明，但这些实施例并不构成对本发明的任何限制，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以有更多其他等效实施例。比如，虽然在实施例中只举出220×220mm²的轴承钢连铸方坯轧制∮65～75mm的成品圆钢为例进行说明，但是对于其他规格的方坯也同样适用。

表1连铸轴承钢圆钢的工艺参数及其理化指标数据

工序	项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
								直流电炉	钢液温度，℃	1585-1650	1590-1650	1560-1640	1570-1650	1563-1643	1567-1647
氧气耗量，立方米/吨钢	38	31	35	28	37	40
							石灰耗量，公斤/吨钢		10	8	10	12	9	15

表2连铸轴承钢圆钢的工艺参数及其理化指标数据

碳化物不均匀性的评级	液析碳化物	0	0	0	0
						带状碳化物	≤2.5	≤2.0	≤2.0	≤2.0

Claims

1.一种小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢，以重量百分数计的化学成分组成为：C：0.97～1.10％，Mn：0.20～0.50％，Si：0.15～0.50％，Cr：1.30～1.60％，氧≤0.0007％，磷≤0.008％，硫≤0.005％，钛≤0.0025％，铜≤0.25％，镍≤0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质；

1)钢液精炼，使钢液的氧含量、磷含量、硫含量、钛含量、铜含量、镍含量分别不大于0.0007％、0.008％、0.005％、0.0025％、0.25％、0.10％，将钢液的温度控制在1500～1650℃；

连铸拉速控制在0.7～1.1m/min；

二冷强度控制在0.3～0.5L/kg；

4)加热炉加热和均热连铸轴承钢方坯

5)轧制连铸轴承钢方坯形成连铸轴承钢圆钢，其中压缩比为10.96～14.99。

2.根据权利要求1所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢，其特征在于，所述的以重量百分数计的化学成分组成中，Mn：0.25～0.45％，Si：0.15～0.35％。

3.如权利要求1或2所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，包括如下步骤：

连铸拉速控制在0.7～1.1m/min；

二冷强度控制在0.3～0.5L/kg；

4)加热炉加热和均热连铸轴承钢方坯

4.根据权利要求3所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，所述的钢液精炼步骤包括：

在60吨以上的直流电炉中进行初炼钢液的低磷化和低钛化，将钢中的残余磷含量和钛含量分别降至0.008％以下和0.0005％以下；

在与直流电炉容量相匹配的交流式钢包精炼炉上，进行精炼钢液的低氧和低钛化，使精炼钢液的氧含量降到0.0010％以下，并使钢中钛含量和硫含量分别不大于0.0010％和0.005％；

在与直流电炉容量相匹配的真空炉上，对精炼钢液进行真空处理，使钢中的钛含量不大于0.0025％和钢中氧含量不大于0.0007％和硫含量达到0.005％以下。

5.根据权利要求3所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，所述的浇注步骤中，对钢包中钢液浇入到中间包的液流，采用吹氩密封长水口加以保护，以达到高温钢水始终与大气隔离；同时，对中间包中的钢液，用保护渣覆盖，以达到高温钢水始终与大气隔离。

6.根据权利要求3所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，所述的连铸步骤中，中间包连铸轴承钢方坯为220×220mm²。

7.根据权利要求3所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，所述的连铸步骤中，对于中间包中的钢液浇入结晶器中的液流，采用浸入式水口加以保护，以达到高温钢水始终与大气隔离。同时，对结晶器中的钢液，用保护渣覆盖，以达到高温钢水始终与大气隔离。

8.根据权利要求3所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，所述的连铸步骤中，结晶器电磁搅拌为单向旋转；凝固末端电磁搅拌为双向旋转，时间间隔为：正向8～12秒-反向8～12秒-正向8～12秒-反向8～12秒。

9.根据权利要求3所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，所述的连铸步骤中，所述的六个温度控制段包括：均热段上下段、一加热段上下、二加热段上下段。

10.根据权利要求9所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，一加热段的温度为1130～1150℃；二加热段的温度为1220～1250℃；均热段的温度为1210～1230℃；阴阳面温差≤30℃。

11.根据权利要求3所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，轧制规格在Φ20～75mm的连铸轴承钢圆钢。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的小压缩比、高清洁度连铸轴承钢圆钢的制造方法，其特征在于，对于成品规格为Φ70～75mm的连铸轴承钢圆钢，总加热时间在270分钟以上；对于成品规格为Φ20～70mm不包括70mm的连铸轴承钢圆钢，总加热时间在220分钟以上。