CN102527963B - 大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、氟化钠、碳酸锂、碳黑和增碳剂，质量百分含量分别为56.0～64.0%、8.0～12.0%、1.0～3.0%、13.0～17.0%、2.0～4.0%、2.0～6.0%、1.0～2.5%，4.0～6.0%。用上述研究结果保护材料在结晶器内熔化均匀、渣圈少，正常拉速时液渣厚度为10～12mm，每吨钢耗量为0.35～0.45Kg,铸坯表面无清理率达98%以上，经渗碳和热处理淬回火后，表面硬度为58～62HRC，心部硬度为25～45HRC，表面耐磨，心部有良好的韧性。
Description
技术领域
本发明涉及冶金辅料，特别是一种大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料。
背景技术
现代轴承工业，作为最重要的基础工业之一，是一个国家工业技术水平的重要标志。轴承成为现代机械车辆的主要支承型式，也是现代车辆中举足轻重不可缺少的基础零部件。套圈和滚动体材料必须具有的特性：接触疲劳强度高；硬度高；纯洁度高；耐磨性好；组织稳定性好；机械加工性能好。因此滚动体与内外圈的材料要求有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。常用的轴承材料(套圈和滚动体)，一般用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造，滚动轴承的内外圈和滚动体一般用GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等(G表示滚动轴承钢)高碳铬或铬锰轴承钢等无铬轴承钢制造，也有用渗碳轴承钢20CrMo、20CrNiMo等轴承材料，是目前使用最广泛的轴承材料。经渗碳热处理后，一般要求材料表面硬度应不低于61HRC～65HRC之间，心部硬度一般为30～45HRC。韧性好，能够承受较大冲击负荷。工作表面要求磨削、抛光。保持架在轴承中起等距离隔离滚动体，引导并带动滚动体旋转的作用。它主要受到摩擦和拉伸的作用，并承受一定的冲击，这就要求它具有一定的强韧性，良好的弹性和刚度，较小的摩擦系数及良好的耐磨性和导热系数，并具有与滚动体相近的热膨胀系数。保持架根据要求选用较软材料制造，常用低碳钢板(如08#或10#钢板)冲压，冲压后铆接或焊接而成。实体保持架则选用HPb59-1黄铜合金、铝合金、酚醛层压布板或工程塑料等材料。高速轴承多采用有色金属(如黄铜)或塑料保持架。
目前我国常用的金属材料保持架材料有08 l0、30、40 45、ML15、ML20、65Mn、1Crl8Ni9、1Crl8Ni9Ti等。其中GCrl5和GCrl5SiMn两个钢种在我国轴承行业的用量最大，约占轴承钢总用量的80%以上。GCrl5轴承钢大量用于制造汽车、拖拉机、坦克、飞机等所使用的轴承以及机床使用的主轴轴承和铁路车辆、矿山机械、电机轴承、通用机械用轴承。GCrI5SiMn和GCrl5SiMo轴承轴承常用金属材料钢，因其淬透性良好，主要用来制造有效壁厚比较大的轴承：GCrl5SiMn适用于制造有效壁厚在15～35mm范围内的轴承；GCrl5SiMo适用于制造壁厚尺寸大于35mm的轴承。这些轴承多为大型或特大型轴承。GCr4轴承钢是限制淬透性钢，它经过合适的热处理工艺得到一定的硬化层深度，从而达到表面硬、心部软的结果，具有较好的耐磨性，冲击韧性、断裂韧性及高接触疲劳寿命，在俄罗斯等国被用于铁路客车轴承和矿山、冶金机械等轴承。GCr18Mo是一种被广泛用于贝氏体热处理的轴承钢，主要用于高速列车、矿山和冶金机械等轴承。轴承钢分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢等四大类。而相应冶炼各种轴承钢专用的连铸结晶器保护材料却一直没有得到长足的发展和稳定的匹配，特别是大圆坯高耐磨轴承钢这种重型轴承用钢的结晶器保护材料一直处于由其他钢种保护材料替代状态，不利于该钢种质量的进一步优化。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够较好的实现连铸结晶的大圆坯高耐磨轴承钢专用的连铸结晶器保护材料。
一种大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料（预熔料成分包括：SiO2 28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al2O3 6.0～9.0%、R2O 3.0～7.0%、F-2.5～6.0%、）、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、氟化钠、碳酸锂、碳黑和增碳剂，其质量百分含量分别为56.0～64.0%、8.0～12.0%、1.0～3.0%、13.0～17.0%、2.0～4.0%、2.0～6.0%、1.0～2.5%，4.0～6.0%。
一种大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料（预熔料成分包括：SiO2 28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al2O3 6.0～9.0%、R2O 3.0～7.0%、F-2.5～6.0%、）、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、氟化钠、碳酸锂、碳黑和增碳剂，其质量百分含量分别为60.0%、10%、2%、15.0%、3%、4.0%、1.5%，4.5%。
所述连铸结晶器保护材料中Li2O重量百分含量为2.0～3.0%，二元碱度（CaO/SiO2）为0.6～0.85，余量包括SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-和C固，其百分含量为SiO2 26.0～33.0%，CaO 21.0～26.0%，Al2O3 7.0～12.0%，Na2O 4～7%，F-3.0～5.0%、C固12.5～16.0%。
大圆坯连铸采用多点矫直全弧形连铸机，结晶器设备有液面控制系统和电磁搅拌系统。钢水经过真空精炼后，钢水夹杂含量较低，因此要求功能保护材料必须熔化均匀，避免功能保护材料熔化不均匀和不合理结晶器流场下的卷渣，降低渣膜润滑性和铸坯洁净度。为了保证铸坯润滑和吸收夹杂物的能力，碱度R值取在0.7～0.85，粘度控制在0.7Pa·S，熔点控制在1150～1180℃间以保证功能保护材料的消耗量，为了在碱度较低的情况下，提高功能保护材料熔化均匀性，除了采用预熔渣型外，还利用多种组合材料减少分熔。
在满足熔化温度的前提下，此特殊组分的加入还可降低白碱加入量。研究表明，功能保护材料中加入碳质材料可以降低功能保护材料的致密化速度，从而抑制功能保护材料的烧结，在试验中所用的碳质材料中，碳黑降低致密化速率的效果优于石墨，其中以半补强C黑效果最好，其次是土状石墨和鳞片石墨，加入6%～12%的碳黑和鳞片石墨，可以有效控制功能保护材料的熔化速度。因此功能保护材料配C直选用混合配C模式，具体为2%C黑和12%的石墨配比，这样经过实际生产试验，结晶器内熔渣层厚度为10～12mm，每吨钢功能保护材料消耗量为0.3～0.6Kg/T，可以满足生产需求。
根据上述成份，设计出的功能保护材料在结晶器内能较好的铺展开，熔化均匀，渣面活跃，产生的渣圈少，液渣层厚度为10-12mm，每吨钢渣耗量为0.35-0.45Kg/吨。所浇注铸坯表面无清理率均为98%以上，铸坯皮下及内部质量良好，均能满足要求。轴承钢具有高强度、高硬度及高耐磨性，塑性韧性低，铸造、焊接性均差，裂纹敏感性较大浇铸过程中结晶器内坯壳收到摩擦阻力大，易出现坯壳与结晶器壁粘结现象，因此要求功能保护材料对铸坯的润滑良好。通过添加少量化学熔剂，可改善功能保护材料玻璃化特性，提高功能保护材料的润滑能力，同时可改善功能保护材料熔化均匀性，并且为获得良好的熔融特性，功能保护材料以碳黑和石墨的混合配碳为好。用上述研究结果生产的该功能保护材料,现场试验表明，研制的功能保护材料在结晶器内熔化均匀、渣圈少，正常拉速时液渣厚度为10-12mm，每吨钢耗量为0.35-0.45Kg,铸坯表面无清理率达98%以上，经渗碳和热处理淬回火后，表面硬度为58～62HRC，心部硬度为25～45HRC，表面耐磨，心部有良好的韧性。用渗碳钢制造的轴承零件，既可以承受较大的冲击负荷，又有较高的接触疲劳寿命。特别适用于承受较大的冲击负荷和尺寸较大的大型轴承零件以及高值下适用的轴承零件等，能够满足用户的需求。
具体实施方式：
实施例一：
一种大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料（预熔料成分包括：SiO2 28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al2O3 6.0～9.0%、R2O 3.0～7.0%、F-2.5～6.0%、）、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、氟化钠、碳酸锂、碳黑和增碳剂，其质量百分含量分别为56.0%、12.0%、1.5%、16.5%、2.0%、6.0%、2.0%、4.0%。
所述连铸结晶器保护材料中Li2O重量百分含量为2.0～3.0%，二元碱度（CaO/SiO2）为0.6～0.85，余量包括SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-和C固，其百分含量为SiO2 26.0～33.0%，CaO 21.0～26.0%，Al2O3 7.0～12.0%，Na2O 4～7%，F-3.0～5.0%、C固12.5～16.0%。
实施例二：
一种大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料（预熔料成分包括：SiO2 28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al2O3 6.0～9.0%、R2O 3.0～7.0%、F-2.5～6.0%、）、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、氟化钠、碳酸锂、碳黑和增碳剂，其质量百分含量分别为60.0%、10%、2%、15.0%、3%、4.0%、1.5%，4.5%。
所述连铸结晶器保护材料中Li2O重量百分含量为2.0～3.0%，二元碱度（CaO/SiO2）为0.6～0.85，余量包括SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-和C固，其百分含量为SiO2 26.0～33.0%，CaO 21.0～26.0%，Al2O3 7.0～12.0%，Na2O 4～7%，F-3.0～5.0%、C固12.5～16.0%。
实施例三：
一种大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料（预熔料成分包括：SiO2 28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al2O3 6.0～9.0%、R2O 3.0～7.0%、F-2.5～6.0%、）、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、氟化钠、碳酸锂、碳黑和增碳剂，其质量百分含量分别为64.0%、8.0%、2.5%、13.5%、4.0%、3.0%、1.0%，4.0%。
所述连铸结晶器保护材料中Li2O重量百分含量为2.0～3.0%，二元碱度（CaO/SiO2）为0.6～0.85，余量包括SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-和C固，其百分含量为SiO2 26.0～33.0%，CaO 21.0～26.0%，Al2O3 7.0～12.0%，Na2O 4～7%，F-3.0～5.0%、C固12.5～16.0%。
Claims (1)
1. 一种大圆坯高耐磨轴承钢专用连铸结晶器保护材料，其特征在于：它包括预熔料、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、氟化钠、碳酸锂、碳黑和增碳剂，其质量百分含量分别为60.0%、10%、2%、15.0%、3%、4.0%、1.5%、4.5%，所述预熔料成分包括：SiO2 28.0～33.0%、CaO 21.0～25.0%、Al2O3 6.0～9.0%、R2O 3.0～7.0%、F-2.5～6.0%。
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