CN102383055A

CN102383055A - 降低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法

Info

Publication number: CN102383055A
Application number: CN2011103546288A
Authority: CN
Inventors: 陈庆丰; 钟成桢; 张贤忠; 杨凡; 熊玉彰; 邱文涛; 杜方; 许竹桃; 汪菊华; 余爱华; 陈华强; 张渊普; 黄海林; 张青山
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN102383055B

Abstract

本发明涉及一种降低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法。包括以下步骤：首先对电炉、转炉钢液进行吹氧脱Ti，并在钢包中预先装入冶炼GCr15钢种所需60～75％Cr元素的铬铁合金，随钢包在1000～1100℃烘烤30～35min；再利用电炉偏心炉EBT特点，控制钢液进入钢包2/3～3/4时，加Si、Mn、Al脱氧，再加低Ti高碳铬铁合金；出钢过程吹Ar搅拌。钢液随后在精炼炉LF中补加低钛铬铁合金精炼，低钛铬铁合金中Ti含量低于0.12％。最后调整精炼渣组分，强化吸附钢液中Ti元素。利用本发明制得的高碳铬轴承钢GCr15钢中Ti含量为0.0016～0.0027％。本发明操作简单、安全，脱Ti效率高。

Description

降低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法

技术领域

本发明属于低合金高强度用钢板生产技术领域，主要涉及一种能降低高碳铬轴承钢中钛Ti元素含量的生产方法。

背景技术

高碳铬轴承钢GCr15主要是用于制造轴承套圈、滚动体的重要材料，现在用户对冶金厂生产的轴承钢内部冶金质量如夹杂物、碳化物等要求很严，特别是对钢中大颗粒氮化钛TiN尺寸、数量及分布要求苛刻，这是因为①氮化钛TiN夹杂物破坏了钢的连续性，在外加变形力情况下易产生应力集中；②钢在变形或热处理时，由于金属基体与TiN夹杂物的热膨胀系数不同，在金属与TiN夹杂物界面形成初始裂纹，是金属进一步疲劳破坏的疲劳源；③TiN夹杂物坚硬、呈棱角状，易导致轴承滚动时掉块，影响疲劳寿命。但是国家标准《高碳铬轴承钢》GB/T18254～2002中未对Ti元素做出明确的规定，由于国标未对Ti元素进行强制性规定，部分轴承钢生产厂家也未对钢中Ti元素去除采取措施。但国内外轴承钢发展趋势均要求减少钢中Ti元素含量，故有些钢铁冶炼企业已经控制轴承钢Ti元素。

目前各钢铁企业控制钢中Ti含量主要从以下几个方面进行：①采用低钛铬、锰、硅等铁合金；②利用钢液中氧元素将钛氧化去除；③利用炉渣吸附氧化钛进行脱钛。

由于低钛铬铁合金等价格高，完全采用低钛铬铁合金增加生产成本、降低市场竞争力，目前仅少数几家企业生产高纯洁度轴承钢时才使用。利用钢液中氧元素O将Ti氧化去除，甚至直接将铬铁合金加入电、转炉中，目前仅日本神户公司直接将铬铁合金加入转炉BOF中，利用转炉BOF中高浓度[O]来氧化铬铁合金熔入钢液中的[Ti]，并利用BOF炉渣吸收TiO₂。由于熔化铬铁合金并完成Ti的氧化反应需要一定时间，故该方法影响转炉的生产效率。

在精炼炉LF中利用炉渣吸附氧化钛进行脱钛是每家生产轴承钢企业都采用的方法，该方法生产成本低、操作简单，但脱Ti效率太低。

而《长寿命的高碳轴承钢》(中国专利号95190558)，是一种用于滚动疲劳特性极好的轴承件的轴承钢。它含C 0.70～1.20％、Si0.15～1.70％、Mn0.15～1.20％、Cr0.50～2.00％、Mo0.05～1.50％、S0.001～0.03％、Al0.010～0.05％、N0.003～0.015％、总Mg0.0005～0.0300％、P不大于0.025％、Ti不大于0.0040％、总O不大于0.0015％，一种或至少两种选自于特定数量的V、Nb与Ni的元素，以及钢中所含Mg的氧化物的数量比至少为0.8。主要是钢的成分对轴承使用寿命的保护，没有对钢中Ti元素去取方法描述。《一种超纯高碳铬轴承钢的生产方法》(中国专利号01132236 5)，采用四步法，60吨以上的直流电炉进行初炼钢液的低钛化；钢包精炼炉进行精炼钢液的低氧低钛化(a)完全清理的钢包，直流电炉出钢时，钢包内添加特殊渣料、合金、增碳剂和脱氧剂，钢包底部吹入氩气；真空炉对精炼钢液进行处理，底部吹入氩气；以合适速度将钢液浇进清洁的钢锭模。钢中氧含量和钛含量分别不大于7×10↑[～6]和12×10↑[～5]。只是提出“钢包精炼炉进行精炼钢液低氧低钛化”，但是对低钛化没有具体操作方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种操作简单、安全，脱Ti效率高的降低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法。

本发明目的的实现方式为，降低高碳铬轴承钢GCr15钢中钛Ti元素含量的生产方法，具体步骤如下：

1)在电炉或转炉中对钢液吹氧，氧化铁水中的碳C、磷P、钛Ti杂质元素，出钢时钢中：[C]0.32～0.48％、[P]0.004～0.006％、[Ti]0.0002～0.0007％；

2)根据预计出钢量，按轴承钢GCr15所需铬元素含量1.50％计算，在钢包中预先装入冶炼高碳铬轴承钢GCr15钢种所需60～75％Cr元素的高碳铬铁合金，随钢包在1000～1100℃烘烤30～35min，高碳铬铁合金中含Cr元素55～60％、Ti元素0.30～0.35％；

3)对电炉偏心炉EBT出钢时留20～30吨t钢液于炉中，避免含Ti氧化渣进入钢包，对转炉用挡渣球拦截含Ti氧化渣进入钢包；钢液进入钢包2/3～3/4时，加入Si-Fe、高C-Mn-Fe铁合金预脱氧，铝锭沉淀脱氧；

Si、Mn元素按GCr15钢种成分下限加，铝锭按吨钢0.8～1.0Kg加入；

随后加700KgCaO、200KgAD-15，再加入Ti元素含量低的高碳铬铁合金，加入数量为冶炼GCr15钢所需15～25％Cr元素含量的合金，低Ti高碳铬铁合金中含Cr元素55～60％、Ti元素0.08～0.15％；整个出钢过程吹Ar搅拌，Ar压力控制在0.2～0.5MPa；

4)精炼过程取样分析钢液成分，GCr15钢中[Cr]1.25～1.43％、[Ti]0.0021～0.0032％，再次补加低Ti高碳铬铁合金及Si、Mn合金，加入数量使GCr15钢中Cr元素含量为1.47～1.52％；

5)对精炼全过程精炼渣系进行调整，使钢包炉精炼渣控制在如下范围：CaO：55.5～64.5％，MgO：6～7％，SiO₂：10.8～17％，Al₂O₃：14.3～19.3％，FeO：0.7～0.9％，还有0.2～0.3％的TiO₂、CaF、MnO；

6)最后对精炼后的GCr15钢液进行真空脱气处理，真空处理控制：真空度67Pa以下保持15～20min，整个真空处理时间大于25分钟；

高碳铬轴承钢GCr15钢成分为：C 0.99～1.02％，Si 0.19～0.32％，Mn 0.27～0.42％，P 0.008～0.013％，S 0.001～0.003％，Cr 1.47～1.52％，Cu 0.10～0.12％，Mo 0.01％，Ti 0.0016～0.0027％，Ni 0.04％，00.0006～0.0011％。

本发明先对电炉、转炉钢液进行吹氧脱Ti，并在钢包中预先装入冶炼GCr15钢种所需60～75％Cr元素的高碳铬铁合金，随钢包在1000～1100℃烘烤30～35min，主要是干燥及加热铬铁合金。按GCr15钢中[Cr]1.50％计算，冶炼时需加含Cr55～60％的铬铁合金25～28Kg/t，钢包中加待氧化的高碳铬铁合金低于60％，达不到降低生产成本；钢包中铬铁合金高于75％，容易引起出钢时钢液打炮爆炸，造成事故。电、转炉冶炼的钢液中氧含量[O]很高，如电炉出钢时钢液中[O]80～150ppm、转炉出钢时钢液中[O]100～300ppm，充分利用钢液中氧来氧化铬铁合金中的Ti元素，使之成为TiO₂进入钢渣中，减少合金中的Ti进入钢中、降低钢中[Ti]；再利用偏心炉EBT特点、转炉旋转角度，控制钢液进入钢包2/3～3/4时再加预脱氧合金、脱氧合金及造渣材料和脱氧粉剂，预脱氧合金Si、Mn等按元素成分下限加入，脱氧合金Al按0.8～1.0Kg/t加入，然后再加GCr15钢所需15～25％Cr元素含量的低Ti高碳铬铁合金，该合金中的Ti元素含量为0.08～0.15％；随后在精炼炉中补加低钛铬铁合金精炼，确保钢中[Cr]1.47～1.52％；在精炼中后期调整精炼渣系，确保钢渣能吸附钢中Ti元素；对精炼后的GCr15钢液进行真空脱气处理，最后确保钢中[Ti]0.0016～0.0027％、[O]≤0.0012％。

本发明操作简单、安全，脱Ti效率高，可以推广使用。

具体实施方式

本发明首先对电炉、转炉钢液进行吹氧脱Ti，并在钢包中预先装入冶炼GCr15钢种所需60～75％Cr元素的铬铁合金，随钢包在1000～1100℃烘烤30～35min；再利用电炉偏心炉EBT特点，控制钢液进入钢包2/3～3/4时，加Si、Mn、Al脱氧，再加低Ti高碳铬铁合金；出钢过程吹Ar搅拌。钢液随后在精炼炉LF中补加低钛铬铁合金精炼，低钛铬铁合金中Ti含量低于0.12％。最后调整精炼渣组分，强化吸附钢液中Ti元素。

下面用具体实施例详述本发明：

实施例1：

1)首先在70t电炉EAF中对钢液吹氧，氧化铁水及废钢带入的碳C、磷P、钛Ti等杂质元素，出钢时钢中：[C]0.32％、[P]0.005％、[Ti]0.0007％；

2)预计电炉EAF出钢量70吨t，按轴承钢GCr15所需铬元素含量1.50％计算，在钢包中预先装入60％Cr含量所需的高碳铬铁合金，即70000×1.50％×60％÷55％＝1145Kg，高碳铬铁合金中含Cr元素55％，Ti元素0.35％，随钢包在1000℃烘烤30min；

3)电炉偏心炉EBT出钢时在炉底留20t钢液及所有含Ti氧化渣，控制钢液进入钢包47t时，开始加100KgSi-Fe、300Kg高C-Mn-Fe、56KgAl铝锭，随后加700KgCaO、200KgAD-15，再加入70000×1.50％×25％÷55％＝470Kg，低Ti高碳铬铁合金，低Ti高碳铬铁合金含Cr 55％，Ti0.08％；整个出钢过程吹Ar搅拌，Ar压力0.2MPa；

4)精炼过程取样分析钢液成分，GCr15钢中[Cr]1.25％、[Ti]0.0032％，再次补加285Kg低Ti高碳铬铁合金及Si、Mn合金，加入数量使GCr15钢中Cr元素含量为1.47～1.52％；

5)按常用的调整方法调整精炼渣系，使钢包炉精炼渣成分控制如下：CaO：55.5％，MgO：7％，SiO₂：17％，Al₂O₃：19.3％，FeO：0.9％，还有0.3％的TiO₂、CaF、MnO等；

6)钢液在真空度67Pa以下保持15min，整个真空处理时间25min后，真空脱气处理完后进行连铸；

最后对冶炼合格的钢液取样检测，GCr15钢成品[Ti]：0.0027％，其它元素含量为：C0.99％，Si0.25％，Mn0.32％，P0.011％，S0.002％，Cr1.51％，Cu0.11％，Mo0.01％，Ni0.04％，O0.0008％。

实施例2：

1)首先在70t电炉EAF中对钢液吹氧，氧化铁水及废钢带入的碳C、磷P、钛Ti等杂质元素，出钢时钢中：[C]0.48％、[P]0.004％、[Ti]0.0003％；

2)预计电炉EAF出钢量70吨t，按轴承钢GCr15所需铬元素含量1.50％计算，在钢包中预先装入75％Cr含量所需的高碳铬铁合金，即70000×1.50％×75％÷60％＝1310Kg，高碳铬铁合金中含Cr元素60％，Ti元素0.30％，随钢包在1100℃烘烤35min；

3)电炉偏心炉EBT出钢时在炉底留20t钢液及所有含Ti氧化渣，控制钢液进入钢包52t时，开始加100KgSi-Fe、300Kg高C-Mn-Fe、70KgAl铝锭，随后加700KgCaO、200KgAD-15，再加入70000×1.50％×20％÷60％＝350Kg低Ti高碳铬铁合金，低Ti高碳铬铁合金含Cr60％，Ti0.10％；整个出钢过程吹Ar搅拌，Ar压力0.5MPa；

4)精炼过程取样分析钢液成分，GCr15钢中[Cr]1.43％、[Ti]0.0021％，再次补加85Kg低Ti高碳铬铁合金及Si、Mn合金，加入数量使GCr15钢中Cr元素含量为1.47～1.52％；

5)按常用的调整方法调整精炼渣系，使钢包炉精炼渣成分控制如下：CaO：64.5％，MgO：5.5％，SiO₂：10.8％，Al₂O₃：18.3％，FeO：0.7％，还有0.2％的TiO₂、CaF、MnO；

6)钢液在真空度67Pa以下保持18min，整个真空处理时间30in后，真空脱气处理完后进行连铸；

最后对冶炼合格的钢液取样检测，GCr15钢成品[Ti]：0.0016％，其它元素含量为：C1.02％，Si0.32％，Mn0.42％，P0.009％，S0.001％，Cr1.47％，Cu0.12％，Mo0.01％，Ni0.04％，O0.0007％。

实施例3：

1)首先在70t电炉EAF中对钢液吹氧，氧化铁水及废钢带入的碳C、磷P、钛Ti等杂质元素，出钢时钢中：[C]0.035％、[P]0.006％、[Ti]0.0002％；

2)预计电炉EAF出钢量70吨t，按轴承钢GCr15所需铬元素含量1.50％计算，在钢包中预先装入65％Cr含量所需的高碳铬铁合金，即70000×1.50％×65％÷60％＝1240Kg，高碳铬铁合金中含Cr元素55％，Ti元素0.35％，随钢包在1070℃烘烤32min；

3)电炉偏心炉EBT出钢时在炉底留30t钢液及所有含Ti氧化渣，控制钢液进入钢包52t时，开始加100KgSi-Fe、300Kg高C-Mn-Fe、56KgAl锭，随后加700KgCaO、200KgAD-15，再加入70000×1.50％×23％÷55％＝440Kg低Ti高碳铬铁合金，低Ti高碳铬铁合金含Cr55％，Ti0.15％；整个出钢过程吹Ar搅拌，Ar压力0.3MPa；

4)精炼过程取样分析钢液成分，GCr15钢中[Cr]1.30％、[Ti]0.0031％，再次补加230Kg低Ti高碳铬铁合金及Si、Mn合金，加入数量使GCr15钢中Cr元素含量为1.47～1.52％；

5)按常用的调整方法调整精炼渣系，使钢包炉精炼渣成分控制如下：CaO：62％，MgO：6％，SiO₂：16.5％，Al₂O₃：14.3％，FeO：0.9％，还有0.3％的TiO₂、CaF、MnO；

6)钢液在真空度67Pa以下保持16min，整个真空处理时间25in后，真空脱气处理完后进行连铸；

最后对冶炼合格的钢液取样检测，GCr15钢成品[Ti]：0.0026％，其它元素含量为：C1.0％，Si0.19％，Mn0.27％，P0.013％，S0.003％，Cr1.50％，Cu0.10％，Mo0.01％，Ni0.04％，O0.0011％。

实施例4：

1)首先在70t电炉EAF中对钢液吹氧，氧化铁水及废钢带入的碳C、磷P、钛Ti等杂质元素，出钢时钢中：[C]0.42％、[P]0.005％、[Ti]0.0006％；

2)预计电炉EAF出钢量70吨t，按轴承钢GCr15所需铬元素含量1.50％计算，在钢包中预先装入70％Cr含量所需的高碳铬铁合金，即70000×1.50％×70％÷60％＝1225Kg，高碳铬铁合金中含Cr元素60％，Ti元素0.31％，随钢包在1020℃烘烤34min；

3)电炉偏心炉EBT出钢时在炉底留26t钢液及所有含Ti氧化渣，控制钢液进入钢包51t时，开始加100KgSi-Fe、300Kg高C-Mn-Fe、56KgAl锭，随后加700KgCaO、200KgAD-15，再加入70000×1.50％×15％÷60％＝260Kg低Ti高碳铬铁合金，低Ti高碳铬铁合金含Cr60％，Ti0.12％；整个出钢过程吹Ar搅拌，Ar压力0.35MPa；

4)精炼过程取样分析钢液成分，GCr15钢中[Cr]1.28％、[Ti]0.0029％，再次补加280Kg低Ti高碳铬铁合金及Si、Mn合金，加入数量使GCr15钢中Cr元素含量为1.47～1.52％；

5)按常用的调整方法调整精炼渣系，使钢包炉精炼渣成分控制如下：CaO：61％，MgO：7％，SiO₂：15％，Al₂O₃：16％，FeO：0.7％，还有0.3％的TiO₂、CaF、MnO；

6)钢液在真空度67Pa以下保持20min，整个真空处理时间27in后，真空脱气处理完后进行连铸；

最后对冶炼合格的钢液取样检测，GCr15钢成品[Ti]：0.0021％，其它元素含量为：C1.01％，Si0.29％，Mn0.37％，P0.008％，S0.001％，Cr1.52％，Cu0.10％，Mo0.01％，Ni0.04％，O0.0006％。

对上述实施例的各过程控制及结果分析后，可以发现：采用本发明可将轴承钢GCr15中Ti元素含量控制在：0.0016～0.0027％。如不按本方法生产，则GCr15钢中Ti元素含量：0.0040～0.0070％。

Claims

1.降低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法，其特征在于具体步骤如下：

高碳铬轴承钢GCr15钢成分为：C 0.99～1.02％，Si 0.19～0.32％，Mn 0.27～0.42％，P 0.008～0.013％，S 0.001～0.003％，Cr 1.47～1.52％，Cu 0.10～0.12％，Mo 0.01％，Ti 0.0016～0.0027％，Ni 0.04％，O 0.0006～0.0011％。

2.根据权利要求1所述的降低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法，其特征在于步骤2)中，加入GCr15钢种所需的65～75％Cr元素的高碳铬铁合金，在步骤3)中，加入GCr15钢种所需的20～25％Cr元素的低钛高碳铬铁合金。

3.根据权利要求1所述的低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法，其特征在于步骤3)中，出钢过程吹Ar搅拌时Ar压力控制在0.2～0.35MPa。