CN104178698B - 一种轴承钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轴承钢的制备方法。该方法包括冶炼及合金化、连铸、轧制、缓冷等步骤,控制钢的化学成分质量百分比含量为:C:0.95~1.05%,Si:0.20~0.30%,Mn:0.30~0.35%,Mo:0.02~0.05%,Cr:1.45~1.48%,AlS:0.015~0.035%,Cu≤0.05%,S≤0.025%,P≤0.025%,Ni≤0.05%,[O]≤12×10-6,[H]≤2×10-6,余为Fe和不可避免的杂质。本发明生产的轴承钢,钢材全氧含量可稳定控制在8ppm以下,非金属夹杂含量少而分布均匀,铸坯组织均匀性,降低铸坯偏析级别,钢质稳定、抗疲劳性能均好。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴承钢的制备方法,属于钢铁冶炼技术领域。
背景技术
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力,所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性,以及高的弹性极限。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,即非金属夹杂含量少而且分布均匀,并要求碳化物分布均匀,是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。
中国专利文件CN102418041A公开了一种轴承钢的生产方法,该钢种的连铸坯断面为直径180mm的圆坯,经一火成材工艺,轧制的成品钢材为直径不超过60mm的圆钢;其化学成分及重量百分含量为:碳重量百分含量为0.95-1.05%,硅重量百分含量为0.15-0.35%,锰重量百分含量为0.25-0.45%,磷重量百分含量小于等于0.025%,硫重量百分含量小于等于0.025%,铬重量百分含量为1.40-1.65%,余量为Fe和无法检测的微量杂质元素;其生产工艺为:转炉、LF精炼炉、VD精炼炉、连铸、加热炉加热并轧制。但是,该方法制备出的轴承钢仍存在着非金属夹杂物分布不均匀的问题,钢的性能难以达到严格标准要求。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种轴承钢的制备方法。使得到的轴承钢非金属夹杂含量少而分布均匀,且碳化物分布均匀,钢质稳定、抗疲劳性能均好。
本发明的技术方案如下:
一种轴承钢的制备方法,包括电炉冶炼-LF/VD精炼及合金化、连铸、轧制、缓冷;控制钢的化学成分质量百分比含量为:C:0.95~1.05%,Si:0.15~0.35%,Mn:0.25~0.45%,Cr:1.40~1.65%、Mo:≤0.10%,Ni≤0.30%,Cu≤0.25%,P≤0.025%,S≤0.025%,AlS:0.015~0.035%,[O]≤12×10-6,[H]≤2×10-6,余为Fe和不可避免的杂质;
包括步骤如下:
(1)冶炼及合金化
采用电炉冶炼,终点磷≤0.012%,终点碳≥0.30%,电炉冶炼出钢温度为1600~1650℃,出钢时随钢流加入钢芯铝3~4㎏/吨钢进行预脱氧;LF炉精炼,精炼过程及时调渣,保持白渣精炼,使用石灰、碳化硅、专用调渣剂调渣,使得渣系组元控制为CaO48~57%、SiO28~13%、Al2O315~20%、MgO6~10%、FeO+MnO≤2.0%、CaO/SiO2=4.0~6.0,LF炉精炼出钢温度为1560~1600℃,出钢时铝控制在0.025~0.045%之间,溶解氧≤4ppm;VD炉处理:VD炉真空度≤67Pa,保持时间15~20min,连铸第一炉上钢温度1510~1520℃,其它炉次1495~1515℃,VD炉破真空后先加0.5~1.0kg/吨钢钢包覆盖剂,再加0.3~0.5kg/吨钢的碳化稻壳进行保温,VD炉处理结束后软吹氩时间15~20min;
(2)连铸
260㎜×300㎜坯型拉速控制在0.45~0.50m/min,180㎜×220㎜坯型拉速控制在0.80~0.90m/min,钢水过热度控制在15~30℃,260mm×300mm连铸坯结晶器水流量控制在170~190m3/h,180mm×220mm连铸坯结晶器水流量控制在150~170m3/h,二冷比水量0.25~0.30L/kg,连铸坯进拉矫机温度950~1150℃,结晶器电磁搅拌控制电流300A、频率3.0HZ,末端电磁搅拌控制电流300A、频率12.0HZ;
(3)轧制、缓冷
冷钢坯在加热炉内停留总时间4.5~6小时,其中高温扩散时间2.5~3.5小时;热钢坯在加热炉内停留总时间3.5~5小时,其中高温扩散时间2.0~3小时;同支钢坯沿长度方向的温度差20~30℃;开轧温度1100~1300℃,终轧温度850℃~940℃,缓冷时下副冷床温度500℃~600℃。
以上各步骤中所述百分含量均为质量百分含量。
根据本发明优选的,所述轴承钢,控制钢的化学成分质量百分比含量为:C:0.98%,Si:0.23%,Mn:0.31%,Mo:0.02%,Cr:1.45%,AlS:0.021%,Cu≤0.05%,S≤0.025%,P≤0.025%,Ni≤0.05%,[O]≤12×10-6,[H]≤2×10-6,余为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明,优选的,步骤(1)中电炉冶炼时按废钢和铁水质量比为(30~40):(60~70)加入废钢和铁水,加入石灰1.6~2.4吨/炉,轻烧白云石0.2~0.4吨/炉,氧枪出口氧气压力1.2MPa,所述的石灰为12小时以内生产的新石灰;
优选的,所述调渣剂为铝酸钙;
优选的,出钢时加入高碳锰铁:0.8~1.2kg/吨钢调整锰含量、高碳铬铁:20~22kg/吨钢调整铬含量;
优选的,电炉出钢过程中钢包的自由空间高度600~800㎜。
电炉冶炼在炉役良好时期进行,冶炼过程不补炉,不使用全新包、新渣线包;冶炼前期加强脱磷操作;熔清后根据炉渣状况和分析结果,及时调渣、造好泡沫渣,电炉控制生产节奏,实现均衡生产,电炉与精炼炉之间不压钢。
根据本发明,优选的,步骤(1)中LF炉精炼时钢包使用前烘烤,烘烤温度不低于800℃,钢水到位碳含量控制在0.85~0.95%之间,到位钢水温度1520~1560℃;钢包到位调整渣况,白渣保持时间10~20min取样分析。
LF炉精炼过程在白渣流动良好情况下取一次样,取一次样前视成分情况喂入铝线;精炼周期控制在40~45min/炉之间,保持白渣精炼,精炼炉稳定生产节奏,确保VD与连铸之间压钢30min。
根据本发明,优选的,步骤(1)中VD炉处理时钢包入VD炉前进行扒渣操作,扒渣量控制在总渣量的1/2。
根据本发明,优选的,步骤(2)中连铸时控制第一炉中间包温度1480~1495℃,其他炉次中间包温度控制在1475~1485℃之间。
连铸时每个中间包连拉炉数控制在8~12炉,根据节奏拉速按下限控制,保证5炉内拉速稳定在某个固定值上;连铸异常坯必须切除干净,如烧氧、换水口等切除1.0~1.5m。
根据本发明,优选的,步骤(3)中冷钢坯的加热温度控制在:上加热温度1230℃~1260℃,下加热温度1240℃~1260℃,均热段温度1200℃~1220℃;
优选的,热钢坯的加热温度控制在:上加热温度1210℃~1250℃,下加热温度1240℃~1260℃,均热段温度1200℃~1220℃;
优选的,连铸坯装炉前用玻璃水均匀涂抹每支连铸坯的竖侧面上,涂抹长度在200~300mm。缓冷时,若为集中码垛堆缓冷,垛位底部须放热钢缓冷。
本发明所提到的百分含量均为质量百分含量。
本发明步骤(1)精炼过程中保持白渣精炼,白渣取样分析,控制碳0.98~1.0%、硅0.18~0.23%、锰0.30~0.34%、铬1.42~1.46%,其它化学成分P≤0.016%、S≤0.015%、AlS:0.025~0.045%。
本发明在冶炼以及冶金化过程中,严格控制溶解氧≤4ppm,使得非金属夹杂物含量保持在较低的水平;在连铸过程中严格控制钢水过热度在15~30℃,在轧制过程中严格控制加热炉、热钢坯和冷钢坯的温度,使得非金属夹杂物分布均匀。
本发明所用原料均为本领域常规的原料,未特别限定的工艺条件均按本领域常规操作。
本发明方法制备得到的轴承钢非金属夹杂含量少而且分布均匀,并且碳化物分布均匀,钢质稳定抗疲劳性能良好;有益效果如下:
1、本发明在电炉冶炼过程中严格控制终点磷含量和终点碳含量,可将成品磷控制在0.012%以下,减轻磷的危害,控制终点碳≥0.30%,可防止钢水过氧化,降低钢中溶解氧含量,减轻精炼过程脱氧任务。电炉出钢过程加入石灰和调渣剂,可充分利用出钢过程的动力学和热力学条件进行钢渣混冲,加快精炼顶渣的熔化,并起到提前脱氧和脱硫的作用。
2、在精炼过程中严格控制到位碳含量,到位温度,控制到位碳可精确控制碳成分,防止精炼过程过量加增碳剂增碳增加钢中非金属夹杂物,控制到位温度1520~1560℃,可提高化渣速度和精炼效果,防止长时间化渣提温增加钢中气体含量。严格控制溶解氧含量,钢中溶解氧含量高低一定程度上决定了钢水的纯净度,对轴承钢来说精炼过程钢水中溶解氧越低,最终钢中全氧含量相对也较低,当然还要通过VD真空处理和软吹氩充分去除非金属夹杂与脱气,以及加强连铸过程保护浇注,防止二次氧化等措施来进一步降低钢中全氧含量。严格控制渣系组元范围,可保证精炼渣碱度、流动性、吸附夹杂物性能稳定,有利于脱硫、脱氧和去除夹杂物。
3、在VD炉处理过程中,严格控制上钢温度,软吹时间,可保证VD炉处理时间符合工艺要求,稳定连铸中间包钢水过热度,防止上钢温度波动造成过热度不稳定,影响铸坯质量。保证VD处理后软吹氩时间15~20分钟,可促进钢中夹杂物充分上浮,提高钢水洁净度。
4、在连铸过程,根据不同坯型工艺要求控制拉速、结晶器水流量、搅拌参数,保证铸坯冷却均匀,提高铸坯组织均匀性,降低铸坯偏析级别。
5、本发明生产的轴承钢,钢材全氧含量可稳定控制在8ppm以下,A粗夹杂物级别为0~0.5级,A细夹杂物级别为0.5~1.0级;B粗夹杂物级别为0~0.5级,B细夹杂物级别为0~1.0级;钢中C类夹杂物级别为0级;D粗夹杂物级别为0级,D细夹杂物级别为0~0.5级。钢材一般疏松0.5级,钢材中心疏松0.5~1.0级;钢材一般偏析0.5级,钢材中心偏析0.5~1.0级。
具体实施方式
实施例中所用原料均为本领域常规原料,未特别限定的工艺条件均按本领域常规操作。
所用石灰为12小时以内生产的新石灰,石灰粉化率≤5.0%。
实施例1、GCr15轴承钢的制备,包括步骤如下:
(1)冶炼及合金化
50t电炉冶炼
冶炼工艺要求:在炉役良好时期生产,冶炼过程不补炉,不使用全新包、新渣线包;钢包使用前烘烤温度≥800℃,氧枪出口氧气压力1.2MPa;
电炉配料如表1所示:
表1、配料表单位:(t)
石灰 | 轻烧白云石 | 废钢 | 铁水 |
2.0 | 0.3 | 19.60 | 35 |
电炉熔清碳:1.06%,熔清磷0.018%。
电炉终点成分:终点碳0.37%,终点磷0.008%。
出钢合金化:出钢用石灰、萤石和调渣剂(铝酸钙)造渣,加入高碳锰铁:50kg/炉、高碳铬铁:1050kg/炉、钢芯铝:170kg/炉、石灰:500kg/炉、萤石:150kg/炉、调渣剂:150kg/炉;
电炉冶炼周期46min。
出钢温度:1620℃。
50tLF炉精炼
工艺要求:碳、硅、锰、铬成分按中限控制,其他化学成分符合窄成分控制,保持白渣精炼;使用石灰、碳化硅、调渣剂调渣,使得渣系组元控制为CaO48~57%、SiO28~13%、Al2O315~20%、MgO6~10%、FeO+MnO≤2.0%、CaO:SiO2=4.0~6.0;出钢时铝控制在0.025~0.045%之间,溶解氧≤4ppm;
精炼过程控制:
LF炉到位碳0.92%,到位温度1520~1560℃,到位白渣保持时间12min,取样分析碳、硅、锰、铬等成分见表2:
表2、分析样成分/%
C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Ti | AlS |
0.96 | 0.16 | 0.30 | 0.009 | 0.006 | 1.39 | 0.02 | 0.04 | 0.0030 | 0.025 |
渣系组元如表3所示:
表3、精炼渣成分及碱度(R)
钢种 | ∑Fe/% | SiO2/% | P/% | S/% | CaO/% | MgO/% | Al2O3/% | R |
GCr15 | 3.1 | 10.97 | 0.008 | 0.496 | 51.85 | 8.1 | 18.4 | 4.73 |
精炼后分析样成分如表4所示:
表4、LF炉出钢成分/%
C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Ti | AlS |
0.98 | 0.23 | 0.33 | 0.011 | 0.005 | 1.46 | 0.02 | 0.04 | 0.0030 | 0.028 |
精炼周期:44分钟
出钢温度:1596℃。
60tVD炉处理
工艺要求:钢包入VD炉前进行扒渣操作,扒渣量控制在总渣量的1/2;VD炉真空度≤67Pa,保持时间15~20min;第一炉上钢温度1510~1520℃,其它炉次1495~1515℃,VD炉破真空后先加0.5~1kg/吨钢的钢包覆盖剂,再加0.3~0.5kg/吨钢的碳化稻壳进行保温;VD炉处理结束后软吹氩时间15~min;VD炉实际控制参数见表5:
表5、VD过程数据
VD炉处理后氢、溶解氧含量如表6所示:
表6、定氢、定氧情况
(2)连铸
工艺要求:采用260㎜×300㎜坯型,GCr15过热度制在15~30℃,第一炉中间包温度1480~1495℃,其他炉次中间包温度控制在1475~1485℃之间;260㎜×300㎜坯型拉速控制在0.45~0.50m/min;连铸时每个中间包连拉炉数控制在8~12炉;中间包采用碱性预熔空心颗粒作为覆盖剂;260mm×300mm连铸坯结晶器水流量控制在180m3/h,二冷比水量0.25~0.30L/kg,二段下、三段水全部关掉,适当调整其它区水量;连铸坯进拉矫机温度950~1150℃;结晶器电磁搅拌控制电流300A、频率3.0HZ,末端电磁搅拌控制电流300A、频率12.0HZ;
260㎜×300㎜坯型连铸实际控制参数如表7、8所示:
表7、连铸过程控制参数
表8电磁搅拌实际控制参数
(3)轧制、缓冷
工艺要求:
连铸坯装炉前用玻璃水均匀涂抹每支连铸坯的竖侧面,涂抹长度为260mm,璃水的涂抹要均匀,全面,不得漏涂;冷钢坯在加热炉内停留总时间5小时,其中高温扩散时间3.5小时;热钢坯在加热炉内停留总时间4小时,其中高温扩散时间2.5小时;钢坯加热必须均匀烧透,最高和最低温度均不得超过规定温度的上下限;冷钢坯的加热温度控制在:上加热温度1230℃~1260℃,下加热温度1240℃~1260℃,均热段温度1200℃~1220℃;热钢坯的加热温度控制在:上加热温度1210℃~1250℃,下加热温度1240℃~1260℃,均热段温度1200℃~1220℃;
同支钢坯沿长度方向的温度差20~30℃(包括滑轨印);开轧温度1100~1300℃,终轧温度850℃~940℃;缓冷时下副冷床温度500℃~600℃,集中码垛堆冷时,垛位底部要放热钢缓冷。
轧钢控制参数如表9所示:
表9、热坯轧钢工艺过程
表10为实施例1制备的GCr15轴承钢的化学成分,表11、表12、表13分别为实施例1的GCr15轴承钢材低倍、高倍、碳化物检测结果,测定方法为本领域常规方法。
本实施例的GCr15轴承钢的化学成分如表10所示:
表10、实施例1GCr15轴承钢的化学成分(wt%,Fe余量)
本实施例的GCr15轴承钢的非金属夹杂物如表11、12所示:
表11、非金属夹杂物
表12、非金属夹杂物
表13、碳化物带状/碳化物液析
碳化物带状 | 碳化物液析 | |
标准 | ≤3.0级 | ≤2.0级 |
实际 | 1.0 | 1.5 |
按GB/T10561-2005检验钢材非金属夹杂物,按照夹杂物的的形态和分布检验A类硫化物类型、B类氧化铝类型、C类硅酸盐类型、D类球状氧化物类型;每类夹杂物按照厚度和直径的不同分为粗系和细系两个系列。
由表11、12、13可知,本实施例制备的轴承钢非金属夹杂物分布均匀。
Claims (9)
1.一种轴承钢的制备方法,包括冶炼及合金化、连铸、轧制、缓冷;控制钢的化学成分质量百分比含量为:
C:0.95~1.05%,Si:0.20~0.30%,Mn:0.30~0.35%,Mo:0.02~0.05%,Cr:1.45~1.48%,AlS:0.015~0.035%,Cu≤0.05%,S≤0.025%,P≤0.025%,Ni≤0.05%,[O]≤12×10-6,[H]≤2×10-6,余为Fe和不可避免的杂质;
包括步骤如下:
(1)冶炼及合金化
采用电炉冶炼,终点磷≤0.012%,终点碳≥0.30%,电炉冶炼出钢温度为1600~1650℃,出钢时随钢流加入钢芯铝3~4㎏/吨钢进行预脱氧;LF炉精炼,精炼过程及时调渣,保持白渣精炼,使用石灰、碳化硅、调渣剂调渣,使得渣系组元控制为CaO48~57%、SiO28~13%、Al2O315~20%、MgO6~10%、FeO+MnO≤2.0%、CaO/SiO2=4.0~6.0,LF炉精炼出钢温度为1560~1600℃,出钢时铝在0.025~0.045%之间,溶解氧≤4ppm;VD炉处理,VD炉真空度≤67Pa,保持时间15~20min,连铸第一炉上钢温度1510~1520℃,其它炉次1495~1515℃,VD炉破真空后先加0.5~1.0kg/吨钢钢包覆盖剂,再加0.3~0.5kg/吨钢的碳化稻壳进行保温,VD炉处理结束后软吹氩时间15~20min;
(2)连铸
260㎜×300㎜坯型拉速控制在0.45~0.50m/min,180㎜×220㎜坯型拉速控制在0.80~0.90m/min,钢水过热度控制在15~30℃,260mm×300mm连铸坯结晶器水流量控制在170~190m3/h,180mm×220mm连铸坯结晶器水流量控制在150~170m3/h,二冷比水量0.25~0.30L/kg,连铸坯进拉矫机温度950~1150℃,结晶器电磁搅拌控制电流300A、频率3.0HZ,末端电磁搅拌控制电流300A、频率12.0HZ;
(3)轧制、缓冷
冷钢坯在加热炉内停留总时间4.5~6小时,其中高温扩散时间2.5~3.5小时;热钢坯在加热炉内停留总时间3.5~5小时,其中高温扩散时间2.0~3小时;同支钢坯沿长度方向的温度差20~30℃;开轧温度1100~1300℃,终轧温度850℃~940℃,缓冷时下副冷床温度500℃~600℃。
2.根据权利要求1所述的轴承钢的制备方法,其特征在于,所述轴承钢,控制钢的化学成分质量百分比含量为:C:0.98%,Si:0.26%,Mn:0.31%,Mo:0.02%,Cr:1.46%,Al:0.021%,Cu≤0.05%,S≤0.005%,P≤0.016%,Ni≤0.05%,[O]≤12×10-6,[H]≤2×10-6,余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的轴承钢的制备方法,其特征在于,步骤(1)中电炉冶炼时按废钢和铁水质量比为(30~40):(60~70)加入废钢和铁水,加入石灰1.6~2.4吨/炉,轻烧白云石0.2~0.4吨/炉,氧枪出口氧气压力1.2MPa。
4.根据权利要求1所述的轴承钢的制备方法,其特征在于,步骤(1)中电炉冶炼时所述调渣剂为铝酸钙;
出钢时加入高碳锰铁:0.8~1.2kg/吨钢调整锰含量、高碳铬铁:20~22kg/吨钢调整铬含量。
5.根据权利要求1所述的轴承钢的制备方法,其特征在于,步骤(1)中LF炉精炼时钢包使用前烘烤,烘烤温度不低于800℃,钢水到位碳含量控制在0.85~0.95%之间,到位钢水温度1520~1560℃;钢包到位调整渣况,白渣保持时间10~20min取样分析。
6.根据权利要求1所述的轴承钢的制备方法,其特征在于,步骤(1)中VD炉处理时钢包入VD炉前进行扒渣操作,扒渣量控制在总渣量的1/2。
7.根据权利要求1所述的轴承钢的制备方法,其特征在于,步骤(2)中连铸时控制第一炉中间包温度1480~1495℃,其他炉次中间包温度控制在1475~1485℃之间。
8.根据权利要求1所述的轴承钢的制备方法,其特征在于,步骤(3)中冷钢坯的加热温度控制在:上加热温度1230℃~1260℃,下加热温度1240℃~1260℃,均热段温度1200℃~1220℃。
9.根据权利要求1所述的轴承钢的制备方法,其特征在于,步骤(3)中热钢坯的加热温度控制在:上加热温度1210℃~1250℃,下加热温度1240℃~1260℃,均热段温度1200℃~1220℃。
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