CN103320704B - 一种高性能的轴承钢的生产方法 - Google Patents

一种高性能的轴承钢的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能的轴承钢及其生产方法,属于轴承钢及其冶炼技术领域。本发明各组分的质量百分比为C:0.98-1.02%、Mn:0.28-0.40%、Si:0.20-0.30%、Cr:1.42-1.50%、Mo≤0.10%、P≤0.010%、S≤0.010%、Cu≤0.20%、Ni≤0.32%、Ti≤0.0040%、Ni+Cu≤0.50%,其余为铁和不可避免的杂质,该轴承钢的冶炼步骤为超高功率电弧炉冶炼、LF精炼工艺、VD精炼工艺、连铸工艺。本发明的一种高性能的轴承钢及其生产方法,通过上述全流程的控制,消除了液析碳化物的组织缺陷,消除了热处理时容易产生淬火裂纹,轴承钢耐磨性和疲劳强度提高,从而使得轴承钢性能提高。

Description

一种高性能的轴承钢的生产方法
技术领域
[0001] 本发明属于轴承钢及其冶炼技术领域,更具体地说,涉及一种高性能的轴承钢及其生产方法。
背景技术
[0002] 轴承作为机械设备基础零件之一,其质量直接决定了其所装备的机械设备可靠性的高低、精度的大小、性能的好坏以及使用寿命的长短。由于轴承的工作特点是承受交变载荷和高的耐磨性,因此要求轴承钢应具备高而均匀的硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度,还必须具备适当的韧性、一定的淬透性并在润滑剂中耐腐蚀性能。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格,是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。
[0003] 轴承钢凝固时会产生碳与合金元素的偏析,特别是在树枝晶之间最后剩余的残液内,碳元素的富集程度很高,铬元素的富集程度也很高,其铬含量为一般钢中平均铬含量的10倍左右,这样就达到共晶浓度,它将以共晶方式形成大块的共晶碳化物存在于基体中,即液析碳化物。所谓液析碳化物是指非平衡结晶时,由钢液析出的共晶碳化物。它在钢锭或钢材中的组织特征是呈现粗大连续的块状,在轴承钢中是(Fe,Cr)3C、(Fe, Cr)7C3,其中(Fe, Cr) 3C中ω (Cr)可达20%左右,(Fe,Cr) 7C3中ω (Cr)可达30%之多。液析碳化物在轧制后破碎,沿轧制方向呈小块碳化物形态。液析碳化物具有很高的脆性和硬度,使轴承钢零件在热处理时容易产生淬火裂纹。
[0004] 通过对目前钢铁厂生产的GCrl5轴承钢铸坯工艺的分析得知:1)碳的偏析较严重,铬也存在一定的偏析,偏析使得碳化物液析相对比较严重;2)D类环状氧化物夹杂比较显著。由于生产工艺不足,使得轴承钢在热处理时容易产生淬火裂纹,轴承在使用中液析碳化物容易脱落,促使轴承疲劳和磨损破坏,使轴承的耐磨性和疲劳强度下降。
[0005] 另外,中国专利号ZL201110341954.5,授权公告日为2013年6月12日,发明创造名称为:一种氮钒铌高碳铬轴承钢,该发明公开了所述氮钒铌高碳铬轴承钢是在普通高碳铬轴承钢成分基础上,添加了重量百分比如下的物质N0.012-0.4%, V 0.02-0.20%, Nb0.02-0.20%,通过在冶炼过程中加入N、V、Nb合金及加压吹N的方式加入N、V、Nb,通过形成VN,NbN等化合物,利用其弥散项达到细化晶粒和起钉扎作用,来提高材料淬火后强度、显微硬度和断裂韧性。该申请案的虽然提高了轴承钢的耐磨性,但其生产成本也相应提高,使得产品难以生存;而且由于该申请案中氮含量较高,钢的硬度、强度固然提高,但是塑性和韧性降低,特别是在形变时效的情况下,塑性和韧性的降低比较显著。
发明内容
[0006] 1.发明要解决的技术问题
[0007] 本发明在于克服现有技术中,轴承钢在热处理时容易产生淬火裂纹,轴承在使用中液析碳化物容易脱落,使轴承的耐磨性和疲劳强度较差,造成轴承钢性能差的不足,提供一种高性能的轴承钢及其生产方法,本发明通过化学成分设计与配比精确控制以及电弧炉、LF精炼工艺、VD精炼工艺和连铸工艺的全流程控制,从而控制裂纹产生,轴承钢耐磨性和疲劳强度提高,具有较高使用性能。
[0008] 2.技术方案
[0009] 为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
[0010] 本发明的一种高性能的轴承钢,其各组分的质量百分比为C:0.98-1.02 %, Mn:0.28-0.40%,Si:0.20-0.30%,Cr:1.42-1.50%、Mo 彡 0.10%,0.010%,S^0.010%,Cu ( 0.20%,Ni ( 0.32%,Ti ( 0.0040%,Ni+Cu ( 0.50%,其余为铁和不可避免的杂质。
[0011] 本发明的一种高性能的轴承钢的生产方法,其步骤为:
[0012] 步骤一、超高功率电弧炉冶炼,其中:
[0013] a)超高功率电弧炉冶炼的配料采用废钢加铁水的搭配模式,其中铁水的加入量占配料质量百分比40%以上,该废钢中的Mn、Si质量百分比为:Mn彡2.5%、Si彡1.2% ;该铁水中各组分的质量百分比为C:2.3-2.8%, Cr:0.08-0.12%, S1:0.8-1.1 %, Mn:0.20-0.35%, P ( 0.15%, S ( 0.05%, Ni ( 0.40%, Cu ( 0.20%,其余为铁和不可避免的杂质;
[0014] b)在冶炼过程中加入的合金和原辅材料都经过干燥或烘烤后使用,其中:石灰的存放时间不超过12h,运输时采用容器密封,使用前将石灰在695〜705°C的温度下烘烤2h以上;还原期增碳使用S、P质量百分含量均小于0.05%的无锈生铁;
[0015] c)电弧炉出钢过程的钢包合金化过程中,采用Al-S1-Fe复合脱氧剂进行脱氧,并向钢中加入铬铁合金进行合金化,控制钢水中C、Cr、S1、P的质量百分比为:C:
0.92-0.95%, Cr:1.27-1.32%, S1:0.14-0.16%, P ( 0.015% ;
[0016] d)出钢温度控制为1647〜1653°C ;
[0017] 步骤二、LF精炼工艺:
[0018] 将经过超高功率电弧炉冶炼后的钢水进行LF精炼,其中:
[0019] a) LF精炼米用底吹IS系统,気流量在100〜500L/min,供IS压力在0.2〜0.4MPa,LF精炼炉的变压器容量为16〜19MVA,升温速度为5〜6°C /min ;
[0020] b)采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,其中:在LF炉精炼中后期,加入SiC粉;在LF炉精炼过程中或结束时,控制钢液温度> 1540°C时,喂入铝线进行脱氧,控制钢水中[Al]s:0.015〜0.030%,且在1.0〜1.2MPa压力下吹氩搅拌2〜3min,此过程中,加入铬铁、镍铁和钥铁合金进行合金化;
[0021] c)LF精炼渣的成分及质量百分含量为CaO:55-65%, MgO:3_7%、CaF2:4_8%、S12:8-20%, Al2O3:8-20%, FeO < 0.5%, Fe2O3 < 0.5 %, MnO < 1.0 %,保持白渣时间^ 20min ;
[0022] d)控制LF精炼工艺出钢时钢水温度为1647°C〜1654°C ;
[0023] 步骤三、VD精炼工艺:
[0024] 经过LF精炼后的钢水进一步进行VD精炼操作,其中:
[0025] a) VD精炼进行处理的过程中,真空度< 1.0mba,真空状态的保持时间> 15min,总处理时间彡22min,破真空后吹Ar静搅时间彡1min,控制连铸前[H]小于2ppm, [N]小于50ppm ;
[0026] b)Ar气供给制度为:精炼初期氩流量为100〜150L/min,真空精炼时氩流量为50〜80L/min,真空精炼后氩流量为30〜50L/min ;
[0027] c)VD精炼出钢温度应控制在1556〜1563°C ;
[0028] 步骤四、连铸工艺:
[0029] 经过VD精炼后的钢水进入连铸工序,其中:
[0030] a)钢水连铸的过热度控制为15〜25°C ;
[0031] b)连铸保护渣的成分包括 CaO、S12, A1203、MgO, Fe203、Na2O, K2O, Li2O, CaF2 以及炭粒,上述成分需经混合、造块、烘干、入炉熔炼、冷却、破碎后使用,其中,CaO和S12质量之和占保护渣总质量的64%〜70%,碱度Ca0/Si02的质量百分数之比为0.8〜1.2 ;
[0032] c)连铸的二冷水量为0.425〜0.475L/Kg,矫直时温度为950〜1150°C,出矫直温度为 920 〜1000°C。
[0033] 更进一步地,步骤四中所述的连铸保护渣的熔点为1080〜1150°C,在1300°C时粘度为:0.30 〜0.50PaS,保护渣的成分为 CaO:28-35%、S12:29-39%、Al2O3:6-9%, Fe2O3:2-3%,Na2O:0.8-3%,MgO:0.8-4%,CaF2:1_3%、炭粒 15-20%,炭粒粒度为 32 〜54 微米。
[0034] 3.有益效果
[0035] 采用本发明提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:
[0036] (I) 一种高性能的轴承钢,通过其化学成分的优化设计,并采用本发明的生产工艺,使得轴承钢在热处理时几乎不产生淬火裂纹,使本发明的轴承钢的耐磨性和疲劳强度大大提闻;
[0037] (2)本发明的一种高性能的轴承钢的生产方法,通过提高吹氩脱夹杂的效率,保证了 VD软吹的时间和流量,适当降低精炼渣的碱度,并采用SiC粉复合脱氧,提高了脱氧能力,优化了连铸保护渣技术,且适当提高矫直温度,不但降低了碳和铬的偏析现象,也降低了 D类环状夹杂物;
[0038] (3)本发明的一种高性能的轴承钢的生产方法,通过化学成分设计与配比精确控制以及电弧炉、LF精炼工艺、VD精炼工艺和连铸工艺的全流程控制,消除了液析碳化物的组织缺陷,消除了热处理时容易产生淬火裂纹,轴承钢耐磨性和疲劳强度大大提高,从而使得轴承钢性能提高。
附图说明
:
[0039] 图1为普通生产工艺生产的现有GCrl5轴承钢连铸坯中出现的球状灰黑色夹杂的典型图片;
[0040] 图2为普通生产工艺生产的现有GCrl5轴承钢连铸坯中距表面180mm存在的氧化物夹杂的典型图片;
[0041] 图3为普通生产工艺生产的现有GCrl5轴承钢连铸坯中距表面180_存在的沿晶界的熔化空洞。
具体实施方式
[0042] 为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0043] 实施例1
[0044] 本发明的一种高性能的轴承钢的生产方法,其步骤为:
[0045] 步骤一、超高功率电弧炉冶炼,其中:
[0046] a)超高功率电弧炉冶炼的配料采用废钢加铁水的搭配模式,其中铁水的加入量占配料质量百分比的50 %,该废钢中的Mn、Si质量百分比为:Mn:2.0 %、S1: 1.0 % ;该铁水中各组分的质量百分比为 C:2.5%,Cr:0.10%,Si:1.0%,Μη:0.25%,P:0.12%,S:0.04%,Ni:0.3%, Cu:0.15%,其余为铁和不可避免的杂质;
[0047] b)在冶炼过程中加入的合金和原辅材料都经过干燥或烘烤后使用,其中:石灰的存放时间不超过12h,运输时采用容器密封,使用前将石灰在700°C的温度下烘烤150min ;还原期增碳使用S、P质量百分含量为0.04%的无锈生铁;
[0048] c)电弧炉出钢过程的钢包合金化过程中,采用Al-S1-Fe复合脱氧剂进行脱氧,并向钢中加入铬铁合金进行合金化,得钢水中C、Cr、S1、P的质量百分比为:C:0.93%, Cr:
1.30%, Si:0.15%,P:0.012% ;
[0049] d)出钢温度控制为1650°C ;
[0050] 步骤二、LF精炼工艺:
[0051] 将经过超高功率电弧炉冶炼后的钢水进行LF精炼,其中:
[0052] a) LF精炼采用底吹氩系统,氩流量在300L/min,供氩压力在0.3MP,LF精炼炉的变压器容量为18MVA,升温速度为5.50C /min ;
[0053] b)采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,其中:在LF炉精炼中后期,加入SiC粉;在LF炉精炼过程中或结束时,控制钢液温度为1580°C时,喂入铝线进行脱氧,控制钢水中[Al]s:0.020%,且在1.08MPa压力下吹氩搅拌2.5min,此过程中,加入铬铁、镍铁和钥铁合金进行合金化,此处该采用的铬铁、镍铁和钥铁的水分含量严格控制在1.1%以下;
[0054] c)LF精炼渣的成分及质量百分含量为CaO:60%, MgO:5%, CaF2:5.5%, S12:14%, Al2O3:14%, FeO:0.3%, Fe2O3:0.4%,MnO:0.8%,保持白渣时间 25min ;
[0055] d)控制LF精炼工艺出钢时钢水温度为1650°C ;
[0056] 步骤三、VD精炼工艺:
[0057] 经过LF精炼后的钢水进一步进行VD精炼操作,其中:
[0058] a) VD精炼进行处理的过程中,真空度控制为0.8mba,真空状态的保持时间18min,总处理时间26min,破真空后吹Ar静搅时间15min,控制连铸前[H]为1.5ppm,[N]为35ppm ;
[0059] b) Ar气供给制度为:精炼初期氩流量为130L/min,真空精炼时氩流量为65L/min,真空精炼后氩流量为40L/min ;
[0060] c) VD精炼出钢温度应控制在1560°C ;
[0061] 步骤四、连铸工艺:
[0062] 经过VD精炼后的钢水进入连铸工序,其中:
[0063] a)钢水连铸的过热度控制为20°C ;
[0064] b)连铸保护渣的成分包括 CaO、S12, A1203、MgO, Fe203、Na2O, K2O, Li2O, CaF2 以及炭粒,上述成分需经混合、造块、烘干、入炉熔炼、冷却、破碎后使用,其中,CaO和S12质量之和占保护渣总质量的66%,碱度Ca0/Si02的质量百分数之比为1.0 ;该连铸保护渣的熔点为 1100°C,在 1300°C时粘度为:0.40PaS,保护渣的成分为 CaO:33%, S12:33%, Al2O3:7%, Fe2O3:2.5%, Na2O:2%,Mg0:3%,CaF2:1.5%、炭粒 18%,炭粒粒度为 32 〜54 微米;
[0065] c)连铸的二冷水量为0.45L/Kg,矫直时温度为1050°C,出矫直温度为975°C。
[0066] 上述步骤冶炼结束后,通过检测,该钢中各组分的质量百分比为C:0.99%, Mn:0.35 S1:0.26 %, Cr:1.48 %、Mo:0.08 P:0.006 %、S:0.005 %、Cu:0.18 Ni:0.25%, T1:0.0025%,其余为铁和不可避免的杂质。
[0067] 实验时,取普通生产工艺生产的现有轴承钢连铸坯制成试样,并将制备好的试样先用酒精洗,置于2%稀盐酸中轻微腐蚀,腐蚀完成后先用水清洗干净,再用酒精冲洗干净;吹干后在金相显微镜(0LYMPUS-BX51)下用低倍观察其缺陷,并拍摄照片。通过金相照片的分析,在连铸坯中存在有较多的单颗粒状的夹杂和空洞。分析认为这些单颗粒的夹杂主要为氧化物夹杂和硅酸盐夹杂,与夹杂尺寸相当的一些黑色空洞也是夹杂在试样制备过程中脱落而形成。如图1所示是普通生产工艺生产的现有轴承钢连铸坯中出现的球状灰黑色夹杂的典型图片。其出现的位置接近连铸坯表面,是一些硅酸盐夹杂,且连铸坯接近表面处存在有相当数量的小空洞的皮下气泡,接近表面的硅酸盐夹杂在轧制过程的脱落和皮下气泡是造成棒材表面裂纹的重要原因之一,连铸坯近表面处硅酸盐夹杂的形成主要来源于保护渣,皮下气泡的形成主要由于钢水凝固过程中,钢中的氧、氢、氮和碳等元素在凝固界面富集生成CO、N2、H2等气体,由于表面冷却速度较快,气泡不能及时逸出,被将要凝固的钢液捕捉,残留在连铸坯中就形成了气泡和气孔。
[0068] 如图2所示,根据金相图谱分析(针对普通生产工艺生产的现有轴承钢连铸坯制成的试样),氧化物夹杂通常具有球状黑色颗粒的特征,氧化物夹杂在整个连铸坯从表面到中心都能发现。氧化物夹杂一般来讲具有较高的硬度而难易变形,在轧制过程中往往会在氧化物边缘产生裂纹,并在轧制过程中扩展,如果裂纹发生在近表面的区域,则会造成棒材表面裂纹或折叠,中心部分的裂纹如不能在轧制过程中焊合则会形成棒材的探伤不合格。
[0069] 除了各种夹杂外,在连铸坯中还存在有大量的沿晶界的熔化空洞,如图3所示(针对普通生产工艺生产的现有轴承钢连铸坯制成的试样)。根据观察的结果,沿晶界的熔化空洞在整个连铸坯中从表面到中心都存在,连铸坯中的晶界熔化空洞是由于在结晶过程中溶质原子在晶界的偏聚造成晶界附近溶质原子的富集使熔点降低,最终晶界附近的液体凝固时由于得不到足够的液体的补充而导致晶界附近的空洞,空洞在加热和轧制过程中作为裂纹源存在,导致裂纹沿晶界的扩展造成棒材中的裂纹,使得轴承综合性能降低。
[0070] 采用本发明的技术方案,本实施例在超高功率电弧炉冶炼时严格控制入炉铁水成分,还原期增碳使用S、P质量百分含量为0.04%的无锈生铁,降低了后续中钢水中的S、P含量,且采用Al-S1-Fe复合脱氧剂进行脱氧,提高了脱氧效果;LF精炼工艺采用SiC粉复合脱氧,使得氧含量进一步降低,VD精炼工艺,严格控制操作制度,真空度为0.8mba,真空状态的保持时间18min,精炼初期氩流量为130L/min,真空精炼时氩流量为65L/min,真空精炼后氩流量为40L/min,提高吹氩脱夹杂的效率,使得气体含量降低,有效减少连铸坯中近表面处的夹杂和皮下气泡,使得棒材表面产生裂纹的可能性降低。
[0071] 此外,LF精炼工艺用相对低的碱度渣,降低D类环状夹杂物,优化连铸保护渣技术和结晶器流场,且适当提高矫直温度,不但降低了碳和铬的偏析现象,D类环状夹杂物进一步降低;消除了液析碳化物的组织缺陷,消除了热处理淬火裂纹的产生,使轴承钢耐磨性和疲劳强度提高,从而使得轴承钢综合性能提升。
[0072] 本实施的轴承钢连铸后,经检测D类环状夹杂物为0.5级,小于国家标准的1.0级,满足要求。且检测过程中未发现粗系夹杂物,连铸轴承钢圆钢的钢中液析碳化物评级不超过0.5级(GB/T18254-2002中国标准)。液析碳化物和D类环状夹杂物的评级达到中国国家标准要求,消除了热处理淬火裂纹的产生,使轴承钢耐磨性和疲劳强度提高,从而使得轴承钢综合性能提升。
[0073] 实施例2
[0074] 本发明的一种高性能的轴承钢的生产方法,其步骤为:
[0075] 步骤一、超高功率电弧炉冶炼,其中:
[0076] a)超高功率电弧炉冶炼的配料采用废钢加铁水的搭配模式,其中铁水的加入量占配料质量百分比45%,该废钢中的Mn、Si质量百分比为:Mn:2.0%, S1:0.08% ;该铁水中各组分的质量百分比为 C:2.3%,Cr:0.08%,Si:0.8%,Mn:0.20%,P:0.12%,S:0.03%,N1:0.025%, Cu:0.012%,其余为铁和不可避免的杂质;
[0077] b)在冶炼过程中加入的合金和原辅材料都经过干燥或烘烤后使用,其中:石灰的存放时间不超过12h,运输时采用容器密封,使用前将石灰在695°C的温度下烘烤135min ;还原期增碳使用S、P质量百分含量为0.035%的无锈生铁;
[0078] c)电弧炉出钢过程的钢包合金化过程中,采用Al-S1-Fe复合脱氧剂进行脱氧,并向钢中加入铬铁合金进行合金化,得钢水中C、Cr、S1、P的质量百分比为:C:0.92%, Cr:1.27%, Si:0.14%,P:0.012% ;
[0079] d)出钢温度控制为1647°C ;
[0080] 步骤二、LF精炼工艺:
[0081] 将经过超高功率电弧炉冶炼后的钢水进行LF精炼,其中:
[0082] a) LF精炼采用底吹氩系统,氩流量在100L/min,供氩压力在0.2MPa,LF精炼炉的变压器容量为16MVA,升温速度为5°C /min ;
[0083] b)采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,其中:在LF炉精炼中后期,加入SiC粉;在LF炉精炼过程中或结束时,控制钢液温度为1580°C时,喂入铝线进行脱氧,控制钢水中[Al]s:0.015%,且在1.0MPa压力下吹氩搅拌2min,此过程中,力口入铬铁、镍铁和钥铁合金进行合金化,此处该采用的铬铁、镍铁和钥铁的水分含量严格控制在1.1%以下;
[0084] c)LF精炼渣的成分及质量百分含量为CaO:55%,MgO:3%,CaF2:4%,Si02:19%,Al2O3:17.5%,FeO:0.4%, Fe2O3:0.4%, MnO:0.7%,保持白渣时间 20min ;
[0085] d)控制LF精炼工艺出钢时钢水温度为1647°C ;
[0086] 步骤三、VD精炼工艺:
[0087] 经过LF精炼后的钢水进一步进行VD精炼操作,其中:
[0088] a) VD精炼进行处理的过程中,真空度0.75mba,真空状态的保持时间为16min,总处理时间为22min,破真空后吹Ar静搅时间lOmin,控制连铸前[H]为1.35ppm,[N]为35ppm ;
[0089] b) Ar气供给制度为:精炼初期氩流量为100L/min,真空精炼时氩流量为50L/min,真空精炼后氩流量为30L/min ;
[0090] c) VD精炼出钢温度应控制在1556°C ;
[0091] 步骤四、连铸工艺:
[0092] 经过VD精炼后的钢水进入连铸工序,其中:
[0093] a)钢水连铸的过热度控制为15°C ;
[0094] b)连铸保护渣的成分包括 CaO、S12, A1203、MgO, Fe203、Na2O, K2O, Li2O, CaF2 以及炭粒,上述成分需经混合、造块、烘干、入炉熔炼、冷却、破碎后使用,其中,CaO和S12质量之和占保护渣总质量的64%,碱度Ca0/Si02的质量百分数之比为1.2 ;步骤四中所述的连铸保护渣的熔点为1080°C,在1300°C时粘度为:0.30PaS,保护渣的成分为CaO:34.9%,S12:29.1Al2O3:6%,Fe2O3:2%,Na20:3%,Mg0:4%,CaF2:1%、炭粒:20%,炭粒粒度为 32 〜54微米。
[0095] c)连铸的二冷水量为0.425L/Kg,矫直时温度为950°C,出矫直温度为920°C。
[0096] 上述步骤冶炼结束后,通过检测,该钢中各组分的质量百分比为C:0.98%, Mn:0.28 S1:0.20 Cr:1.42 Mo:0.06 P:0.005 %、S:0.005 Cu:0.15 Ni:0.25%, T1:0.0020%,其余为铁和不可避免的杂质。
[0097] 本实施例的检测结果基本同实施例1,满足国家标准,且轴承钢耐磨性和疲劳强度大大提闻。
[0098] 实施例3
[0099] 本发明的一种高性能的轴承钢的生产方法,其步骤为:
[0100] 步骤一、超高功率电弧炉冶炼,其中:
[0101] a)超高功率电弧炉冶炼的配料采用废钢加铁水的搭配模式,其中铁水的加入量占配料质量百分比为50%,该废钢中的Mn、Si质量百分比为:Mn为2.5%、Si为1.2% ;该铁水中各组分的质量百分比为 C:2.8%, Cr:0.12%、S1:1.1%、Mn:0.35%、P:0.15%、S:
0.05%,N1:0.40%, Cu:0.20%,其余为铁和不可避免的杂质;
[0102] b)在冶炼过程中加入的合金和原辅材料都经过干燥或烘烤后使用,其中:石灰的存放时间不超过12h,运输时采用容器密封,使用前将石灰在705°C的温度下烘烤160min ;还原期增碳使用S、P质量百分含量为0.045%的无锈生铁;
[0103] c)电弧炉出钢过程的钢包合金化过程中,采用Al-S1-Fe复合脱氧剂进行脱氧,并向钢中加入铬铁合金进行合金化,得钢水中C、Cr、S1、P的质量百分比为:C:0.95%, Cr:
1.32%, Si:0.16%,P:0.015% ;
[0104] d)出钢温度控制为1653°C ;
[0105] 步骤二、LF精炼工艺:
[0106] 将经过超高功率电弧炉冶炼后的钢水进行LF精炼,其中:
[0107] a) LF精炼采用底吹氩系统,氩流量在500L/min,供氩压力在0.4MPa,LF精炼炉的变压器容量为19MVA,升温速度为6°C /min ;
[0108] b)采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,其中:在LF炉精炼中后期,加入SiC粉;在LF炉精炼过程中或结束时,控制钢液温度为1600°C时,喂入铝线进行脱氧,控制钢水中[Al]s:0.030%,且在1.2MPa压力下吹氩搅拌3min,此过程中,力口入铬铁、镍铁和钥铁合金进行合金化,此处该采用的铬铁、镍铁和钥铁的水分含量严格控制在1.1%以下;
[0109] c)LF精炼渣的成分及质量百分含量为CaO:65%,Mg0:7%,CaF2:8%,Si02:10%,Al2O3:8.3%,FeO:0.4%, Fe2O3:0.4%, MnO:0.9%,保持白渣时间为 28min ;
[0110] d)控制LF精炼工艺出钢时钢水温度为1654°C ;
[0111] 步骤三、VD精炼工艺:
[0112] 经过LF精炼后的钢水进一步进行VD精炼操作,其中:
[0113] a) VD精炼进行处理的过程中,真空度控制为0.9mba,真空状态的保持时间为20min,总处理时间为30min,破真空后吹Ar静搅时间为16min,控制连铸前[H]为1.5ppm,[N]为 40ppm ;
[0114] b) Ar气供给制度为:精炼初期氩流量为150L/min,真空精炼时氩流量为80L/min,真空精炼后氩流量为50L/min ;
[0115] c) VD精炼出钢温度应控制在1563°C ;
[0116] 步骤四、连铸工艺:
[0117] 经过VD精炼后的钢水进入连铸工序,其中:
[0118] a)钢水连铸的过热度控制为25°C ;
[0119] b)连铸保护渣的成分包括 CaO、S12, A1203、MgO, Fe203、Na2O, K2O, Li2O, CaF2 以及炭粒,上述成分需经混合、造块、烘干、入炉熔炼、冷却、破碎后使用,其中,CaO和S12质量之和占保护渣总质量的70%,碱度Ca0/Si02的质量百分数之比为0.8,连铸保护渣的熔点为 1150°C,在 1300°C时粘度为:0.50PaS,保护渣的成分为 CaO:31.l%,Si02: 38.9%,Al2O3:8%,Fe2O3:2.6%,Na2O:0.8%,MgO:0.8%,CaF2:2.8%、炭粒 15%,炭粒粒度为 32 〜54 微米;
[0120] c)连铸的二冷水量为0.475L/Kg,矫直时温度为1150°C,出矫直温度为1000°C。
[0121] 本实施例的检测结果基本同实施例1,满足国家标准,且轴承钢耐磨性和疲劳强度大大提闻。

Claims (2)

1.一种高性能的轴承钢的生产方法,其步骤为: 步骤一、超高功率电弧炉冶炼,其中: a)超高功率电弧炉冶炼的配料采用废钢加铁水的搭配模式,其中铁水的加入量占配料质量百分比40 %以上,该废钢中的Mn、Si质量百分比为:Mn彡2.5%、Si彡1.2%;该铁水中各组分的质量百分比为 C:2.3-2.8%, Cr:0.08-0.12%, Si:0.8-1.1%,Μη:0.20-0.35%, 0.15%, S ^ 0.05%, Ni ^0.40%, Cu ^ 0.20%,其余为铁和不可避免的杂质; b)在冶炼过程中加入的合金和原辅材料都经过干燥或烘烤后使用,其中:石灰的存放时间不超过12h,运输时采用容器密封,使用前将石灰在695〜705°C的温度下烘烤2h以上;还原期增碳使用S、P质量百分含量均小于0.05%的无锈生铁; c)电弧炉出钢过程的钢包合金化过程中,采用Al-S1-Fe复合脱氧剂进行脱氧,并向钢中加入铬铁合金进行合金化,控制钢水中C、Cr、S1、P的质量百分比为:C:0.92-0.95%,Cr:1.27-1.32%, Si:0.14-0.16%,P ^ 0.015% ; d)出钢温度控制为1647〜1653。。; 步骤二、LF精炼工艺: 将经过超高功率电弧炉冶炼后的钢水进行LF精炼,其中: a) LF精炼采用底吹氩系统,氩流量在100〜500L/min,供氩压力在0.2〜0.4MPa,LF精炼炉的变压器容量为16〜19MVA,升温速度为5〜6°C /min ; b)采用强脱氧剂Al沉淀脱氧加SiC粉扩散脱氧的复合脱氧方式,其中:在LF炉精炼中后期,加入SiC粉;在LF炉精炼过程中或结束时,控制钢液温度> 1540°C时,喂入铝线进行脱氧,控制钢水中[Al]s:0.015〜0.030%,且在1.0〜1.2MPa压力下吹氩搅拌2〜3min,此过程中,加入铬铁、镍铁和钥铁合金进行合金化; c)LF精炼渣的成分及质量百分含量为CaO =55-65%, MgO:3_7%、CaF2:4_8%、S12:8-20%,Al2O3:8-20%,FeO < 0.5%,Fe2O3 < 0.5%,MnO < 1.0%,保持白渣时间彡 20min ; d)控制LF精炼工艺出钢时钢水温度为1647°C〜1654°C ; 步骤三、VD精炼工艺: 经过LF精炼后的钢水进一步进行VD精炼操作,其中: a) VD精炼进行处理的过程中,真空度< 1.011*&,真空状态的保持时间> 15min,总处理时间彡22min,破真空后吹Ar静搅时间彡1min,控制连铸前[H]小于2ppm, [N]小于50ppm ; b)Ar气供给制度为:精炼初期氩流量为100〜150L/min,真空精炼时氩流量为50〜80L/min,真空精炼后気流量为30〜50L/min ; c)VD精炼出钢温度应控制在1556〜1563°C ; 步骤四、连铸工艺: 经过VD精炼后的钢水进入连铸工序,其中: a)钢水连铸的过热度控制为15〜25°C ; b)连铸保护渣的成分包括 CaO、S12, A1203、MgO、Fe2O3> Na2O, K2O, Li2O, CaF2 以及炭粒,上述成分需经混合、造块、烘干、入炉熔炼、冷却、破碎后使用,其中,CaO和S12质量之和占保护渣总质量的64%〜70%,碱度Ca0/Si02的质量百分数之比为0.8〜1.2 ; c)连铸的二冷水量为0.425〜0.475L/Kg,矫直时温度为950〜1150°C,出矫直温度为920 〜ΙΟΟΟΌ。
2.根据权利要求1所述的一种高性能的轴承钢的生产方法,其特征在于:步骤四中所述的连铸保护渣的熔点为1080〜1150°C,在1300°C时粘度为:0.30〜0.50PaS,保护渣的成分为 CaO:28-35%, S12:29-39%、Al2O3:6_9%、Fe2O3:2-3%, Na2O:0.8-3%, MgO:.0.8-4%、CaF2:1-3%、炭粒15-20%,炭粒粒度为32〜54微米。
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