CN104946845B - 一种含钒钛铁水生产高碳铬轴承钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金领域，更具体地讲，涉及一种高碳铬轴承钢的生产方法。本发明要解决的技术问题是，高碳铬轴承钢生产过程中钛含量难以控制，以及控制钛含量成本高，工艺复杂。解决该技术问题的技术方案是提供一种新的高碳铬轴承钢生产方法。该方法包括以下步骤：a、含钒钛铁水在提钒转炉经提钒、脱钛、脱磷处理后得到半钢；b、半钢兑入炼钢转炉，加入少量造渣材料进行吹氧炼钢操作，终点前加入普通铬铁并补吹，得到低钛的含铬钢水；c、出钢。本发明方法采用简便的转炉双联工艺冶炼，可使用普通铬铁将高碳铬轴承钢中钛含量控制在30ppm以内。为高碳铬轴承钢的生产提供了一种新的有效重要途径同时还具有很好的经济效益。

Description

一种含钒钛铁水生产高碳铬轴承钢的方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，更具体地讲，涉及一种高碳铬轴承钢的生产方法。

背景技术

高碳铬轴承钢主要是用于制造轴承套圈、滚动体的重要材料，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。钛影响轴承钢的疲劳寿命，一般要求Ti≤30ppm，高档次轴承钢甚至要求Ti≤15ppm。

典型的高碳铬轴承钢GCr15的主要化学成分应符合如下的规定：[C]0.95％～1.03％，[Si]0.20％～0.35％，[Mn]0.30％～0.45％，[Cr]1.40％～1.55％，[P]≤0.025％，[S]≤0.015％，[O]≤10ppm，[Ti]≤30ppm。高碳铬轴承钢脱氧合金化过程中使用大量铬铁是钢水中钛增加最大的影响环节。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采用低钛铬铁合金(低钛铬铁含钛量不超过0.1％，普通铬铁含钛量0.4％左右)；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。优选低钛合金是当前世界各国降低轴承钢钛含量的主要方法，但是低钛合金价格昂贵，完全采用低钛铬铁合金增加生产成本、降低市场竞争力。

而对于使用含钒钛铁水冶炼高碳铬轴承钢的企业来说，由于铁水中钛质量百分含量一般达0.20％左右，冶炼过程中对钛含量的控制难度更大。

专利文献CN102383055B“降低高碳铬轴承钢钛含量的生产方法”公开的方法包括以下步骤：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％。该专利的核心是使用低钛合金降低轴承钢钛含量，但是低钛合金价格昂贵，生产不经济。

专利CN102634732B“一种高碳铬轴承钢的冶炼方法”公开的方法是采用精炼过程钛含量控制、精炼换渣和弱搅拌加碳化稻壳对渣系和夹杂物控制，以解决钢中非金属夹杂物中B类非金属夹杂物分布和聚集现象。包括：EAF炉配料控制熔清[S]≤0.030％；EAF炉出钢严禁氧化渣流入钢包，使用低Ti合金；LF炉在线渣样分析(进LF炉分析1、吊包前)，LF炉毕倒渣前根据渣样分析使用矽石控制低碱度渣，碱度2.0～3.0；VD炉真空处理毕在线渣样分析，定氢力争≤1.5ppm，不得＞2.0ppm；VD炉真空处理毕合盖弱搅拌15～20分钟；模铸采用“FZ-2”保护渣，浇毕加进口发热剂。根据本发明，经发蓝断口试验测量，钢中低倍夹杂的含量≤2.5mm/dm2长度，单个夹杂的最大长度≤3mm；B类夹杂物粗系评级≤1.0。该专利对钛的控制采用的是使用低钛合金的方法，但是低钛合金价格昂贵，生产不经济。

专利CN103911489A“一种去除轴承钢钢液中钛的合成渣料及其应用”，涉及一种去除轴承钢钢液中钛的合成渣料及其应用，合成渣料成分包括：55wt％～75wt％的MnO，25wt％～45wt％的SiO2。本发明在电炉内喷吹以上配方的合成渣能吸附TiO₂、MnO、SiO₂夹杂，氧化钛经渣料溶解吸附上浮到电炉渣中，提高钢液纯净度。本发明采用无渣出钢操作后，钢包顶渣中的氧化钛含量很低，可以极大的降低回钛量，精炼过程中钢水增钛量微量。此专利公开的是在电炉内喷吹合成渣吸附TiO₂的方法，该方法使用复杂，在使用转炉冶炼时难度大。

本领域需要解决目前高碳铬轴承钢生产过程中，钛含量难以控制，以及控制钛含量成本高，工艺复杂等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，目前高碳铬轴承钢生产过程中，钛含量难以控制，以及控制钛含量成本高，工艺复杂等问题。

解决该技术问题的技术方案是提供一种新的高碳铬轴承钢生产方法。该方法包括以下步骤：

a、含钒钛铁水在提钒转炉经提钒、脱钛、脱磷处理后得到半钢；

b、半钢兑入炼钢转炉，加入少量造渣材料进行吹氧炼钢操作，终点前加入普通铬铁并补吹，得到低钛的含铬钢水；

c、出钢。

进一步的，在步骤c出钢过程根据需要进行硅、锰合金化，并经炉外精炼后得到合格的高碳铬轴承钢钢水，最后进行浇注。

其中，上述方法步骤步骤(a)中进行提钒、脱钛、脱磷处理加入的造渣材料包括活性石灰、高镁石灰以及复合造渣剂，加入量为活性石灰16～24kg/t，高镁石灰10～15kg/t，复合造渣剂5～10kg/t。

其中，上述方法步骤(a)中提钒吹氧操作中，供氧压力为0.7～0.8MPa，供氧强度为1.8～2.6m³/min.t。造渣材料开吹时就开始加入，3min内加完，吹氧时间控制在6～8min。

其中，上述方法步骤(a)中经提钒、脱钛、脱磷处理后得到的半钢成分为碳质量百分含量为3.01～3.37％，磷质量百分含量为0.034～0.046％，钛质量百分含量不超过0.008％；温度1423～1466℃。

其中，上述方法步骤(b)中加入的造渣材料包括活性石灰、高镁石灰以及复合造渣剂，加入量为活性石灰10～15kg/t，高镁石灰15～20kg/t，复合造渣剂12～18kg/t。

其中，上述方法步骤(b)中加入的普通铬铁合金的加入量为26～30kg/t。所述普通铬铁合金由60％～70％的铬、0.3％～0.5％的钛、余量的铁以及不可避免的杂质元素组成。

其中，上述方法步骤(b)中加普通铬铁的时机为供氧7～9min，加入普通铬铁后的补吹时间控制在0.5～1.2min。

其中，上述方法步骤(b)中炼钢吹氧操作中，供氧压力为0.8～0.9MPa，供氧强度为3.2～4m³/min.t。

其中，上述方法步骤(b)中得到低钛的含铬钢水碳质量百分含量为0.2％～0.35％，铬质量百分含量为1.38％～1.51％，钛质量百分含量为0.0011％～0.0021％，温度1634～1661℃。

进一步的，上述方法步骤(a)、步骤(b)中加入的造渣材料中的活性石灰主要包括86～92wt％重量的CaO以及不可避免的杂质元素；高镁石灰主要包括40～50wt％重量的CaO、35～45wt％重量的MgO以及不可避免的杂质元素；复合造渣剂主要包括SiO₂、MnO、铁氧化物以及不可避免的杂质元素，其中，SiO₂的重量为复合造渣剂重量的45～65wt％，MnO的重量为复合造渣剂重量的4～6wt％，铁氧化物的重量为复合造渣剂重量的25～35wt％。

此外，上述方法步骤(c)中的出钢过程硅、锰合金化，所述钢水合金化的方法可以为本领域常规的各种合金化方法，例如，通过向钢水中加入硅铁、锰铁合金等进行钢水的Si、Mn合金化，所述硅铁合金中硅含量可以为70～75wt％，锰铁合金中锰含量可以为70～80wt％；所述硅铁合金的加入量可以为4～5kg/t，所述锰铁合金的加入量可以为4.5～6kg/t。

而且，上述方法步骤(c)中炉外精炼的方法可以为本领域中常规的炉外精炼方法，例如，将出钢后的钢水运至LF、RH工序进行炉外精炼处理，并进行钢水成分微调，得到合格的高碳铬轴承钢钢水，最后进行浇注。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明采用简便的转炉双联工艺冶炼，可以不使用低钛铬铁(钛含量不超过0.1％)，而使用普通铬铁(钛含量0.4％)。一般来说，两者市场价格相差3000元/吨以上。本发明方法将高碳铬轴承钢中钛含量控制在30ppm以内，将碳含量控制在0.2％～0.35％，确保磷含量在0.02％以内，同时铬铁的铬收得率可达75％以上。为高碳铬轴承钢的生产提供了一种新的有效重要途径同时还具有很好的经济效益。

具体实施方式

具体来讲，本发明的方法可以采用如下工艺步骤来实施：

步骤(a)：含钒钛铁水在提钒转炉经提钒、脱钛、脱磷处理后得到半钢，半钢中碳质量百分含量为3.01～3.37％，磷质量百分含量为0.034～0.046％，钛质量百分含量不超过0.008％，温度1423～1466℃。

一般来说，步骤a中使用的含钒钛铁水的应满足主要成分为表1所示。

表1含钒钛铁水成分及温度要求(质量百分含量)

C/％

Si/％

Mn/％

P/％

S/％

V/％

Ti/％

温度/℃

4.30～4.52

0.10～0.19

0.17～0.19

0.07～0.08

＜0.02

0.28～0.31

0.11～0.26

1249～1277

步骤(a)中，加入的造渣材料包括活性石灰、高镁石灰以及复合造渣剂，加入量为活性石灰16～24kg/t，高镁石灰10～15kg/t，复合造渣剂5～10kg/t。

步骤(a)中，提钒吹氧操作供氧压力为0.7～0.8MPa，供氧强度为1.8～2.6m³/min.t。

其中，经过步骤(a)处理后得到的半钢主要成分及温度见表2。

表2半钢成分及温度(质量百分含量)

C/％

Si/％

Mn/％

P/％

S/％

V/％

Ti/％

温度/℃

3.01～3.37

＜0.03

≤0.08

0.034～0.046

＜0.02

＜0.04

＜0.008

1423～1466

步骤(b)：将步骤(a)制得的半钢兑入炼钢转炉，加入少量造渣材料进行吹氧炼钢操作，终点前加入普通铬铁并补吹，得到低钛的含铬钢水，钢水中碳质量百分含量为0.2％～0.35％，铬质量百分含量为1.38％～1.51％，钛质量百分含量为0.0011％～0.0021％，温度1634～1661℃。

步骤(b)中，加入的造渣材料包括活性石灰、高镁石灰以及复合造渣剂，加入量为活性石灰10～15kg/t，高镁石灰15～20kg/t，复合造渣剂12～18kg/t。

步骤(b)中，加入的普通铬铁合金加入量为26～30kg/t，加普通铬铁的时机为供氧7～9min，加入普通铬铁后的补吹时间控制在0.5～1.2min。

步骤(b)中，炼钢吹氧操作供氧压力为0.8～0.9MPa，供氧强度为3.2～4m³/min.t。

步骤(c)：出钢过程进行硅、锰合金化，并经炉外精炼后得到合格的高碳铬轴承钢钢水，最后进行浇注。

步骤(c)中，出钢过程硅、锰合金化方法可以为本领域常规的各种合金化方法，例如，通过向钢水中加入硅铁、锰铁合金等进行钢水的Si、Mn合金化，所述硅铁合金中硅含量可以为70～75wt％，锰铁合金中锰含量可以为70～80wt％；所述硅铁合金的加入量可以为4～5kg/t，所述锰铁合金的加入量可以为4.5～6kg/t。

步骤(c)中，炉外精炼的方法可以为本领域中常规的炉外精炼方法，例如，将出钢后的钢水运至LF、RH工序进行炉外精炼处理，并进行钢水成分微调，得到合格的高碳铬轴承钢钢水，最后进行浇注。

本发明方法在提钒转炉经一次冶炼将含钒钛铁水中钛由0.2％左右降至0.008％以下，磷由0.07％以上降至0.05％以下，为炼钢转炉二次冶炼创造条件。而在炼钢转炉进行二次冶炼时，关键在于控制碳含量不能低，在保证磷含量不超过0.02％的前提下，尽可能提高碳含量，碳含量的提高有利于提高铬的收得率，减少铬铁的加入量，降低成本投入。使用本发明方法，可将碳含量控制在0.2％～0.35％，可以确保磷含量在0.02％以内，同时铬铁的铬收得率可达75％以上。

本发明方法对含钒钛铁水冶炼高碳铬轴承钢有较大作用，对普通铁水冶炼高碳铬轴承钢也有较好作用。对于含钒钛铁水来说，通过第一次转炉冶炼，可以将铁水中钛、磷降至较低含量，为第二次转炉冶炼提高终点碳含量、提高铬的收得率创造条件；而对于普通铁水来说，通过第一次转炉冶炼，也可以将铁水中磷含量降至较低含量，也为第二次转炉冶炼提高终点碳含量、提高铬的收得率创造条件。

本发明中，如无特别说明，各步骤的各种造渣材料和合金材料的加入量、供氧强度等均以每吨钢计。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例

以下提供了实施例1、实施例2、实施例3三个实施例，每个实施例的具体提生产工艺流程和上述的具体实施方式部分的介绍一致，其中具体的步骤和材料的选择分别列在了表3、4、5、6。

原料的为含钒钛铁水，各实施例的具体成分及温度见表3。

表3含钒钛铁水成分及温度(质量百分含量)

	C/％	Si/％	Mn/％	P/％	S/％	V/％	Ti/％	温度/℃
									实施例1	4.52	0.16	0.19	0.07	0.006	0.26	0.11	1255
实施例2	4.30	0.19	0.18	0.08	0.008	0.28	0.26	1249
									实施例3	4.40	0.10	0.17	0.08	0.01	0.31	0.19	1277

各实施例在提钒转炉加入造渣材料进行提钒、脱钛、脱磷处理的具体控制参数见表4。

表4提钒控制参数

各实施例经提钒、脱钛、脱磷处理后得到的半钢的成分及温度见表5。

表5半钢成分及温度(质量百分含量)

	C/％	Si/％	Mn/％	P/％	S/％	V/％	Ti/％	温度/℃
									实施例1	3.01	0.03	0.05	0.039	0.007	0.033	0.005	1457
实施例2	3.29	0.02	0.06	0.034	0.009	0.038	0.007	1423
									实施例3	3.37	0.02	0.08	0.046	0.01	0.031	0.007	1466

各实施例将制得的半钢兑入炼钢转炉，加入少量造渣材料进行吹氧炼钢操作步骤的控制参数见表6。

表6炼钢控制参数

各实施例加入普通铬铁的时间，加入量，补吹的时间等控制参数见表7。

表7普通铬铁加入量控制

	供氧时间，min	普通铬铁，kg/t	补吹时间，min
				实施例1	7	26	0.5
实施例2	7.9	28.3	0.91
				实施例3	9	30	1.2

各实施例得到的低钛的含铬钢水，成分及温度见表8。

表8含铬钢水成分及温度(质量百分含量)

	C/％	Si/％	Mn/％	P/％	S/％	Cr/％	Ti/％	温度/℃
									实施例1	0.20	0.02	0.06	0.015	0.011	1.38	0.0011	1652
实施例2	0.27	0.03	0.05	0.013	0.01	1.44	0.0014	1634
									实施例3	0.35	0.02	0.07	0.013	0.009	1.51	0.0021	1661

各实施例在出钢过程根据需要加入硅铁、锰铁合金进行硅、锰合金化的加入量控制见表9。

表9硅铁、锰铁加入量控制

	硅铁，kg/t	锰铁，kg/t
			实施例1	4.1	4.5
实施例2	4.4	5.1
			实施例3	5	6

出钢后的钢水运至LF、RH工序进行炉外精炼处理，并进行钢水成分微调，得到合格的高碳铬轴承钢钢水，最后进行浇注得到高碳铬轴承钢轧材。

对各实施例得到的高碳铬轴承钢轧材进行取样分析，成品成分见表10。

表10高碳铬轴承钢成品成分(质量百分含量)

	C/％	Si/％	Mn/％	P/％	S/％	Cr/％	Ti/％	O/％
									实施例1	0.97	0.28	0.37	0.014	0.007	1.47	0.0017	0.0006
实施例2	0.98	0.28	0.38	0.016	0.009	1.48	0.0022	0.0008
									实施例3	0.98	0.30	0.38	0.017	0.011	1.50	0.0026	0.0006

由上述实施例可见，本发明通过采用采用转炉双联工艺冶炼，可以不使用低钛铬铁，而使用普通铬铁，实现了高碳铬轴承钢中钛含量控制在30ppm以内。还可将钢水中的碳含量控制在0.2％～0.35％，可以确保磷含量在0.02％以内，同时铬铁的铬收得率可达75％以上。为高碳铬轴承钢的生产提供了一种重要途径，同时，具有较好的经济效益。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (6)

1.一种含钒钛铁水生产高碳铬轴承钢的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a、含钒钛铁水在提钒转炉经提钒、脱钛、脱磷处理后得到半钢；加入的造渣材料包括活性石灰、高镁石灰以及复合造渣剂，加入量为活性石灰16～24kg/t，高镁石灰10～15kg/t，复合造渣剂5～10kg/t；提钒时进行吹氧，吹氧操作的供氧压力为0.7～0.8MPa，供氧强度为1.8～2.6m³/min.t；造渣材料开吹时就开始加入，3min内加完，吹氧时间控制在6～8min；

b、半钢兑入炼钢转炉，加入少量造渣材料进行吹氧炼钢操作，终点前加入普通铬铁并补吹，得到低钛的含铬钢水；加入的造渣材料包括活性石灰、高镁石灰以及复合造渣剂，加入量为活性石灰10～15kg/t，高镁石灰15～20kg/t，复合造渣剂12～18kg/t；

c、出钢；

所述步骤a、步骤b中加入的造渣材料中的活性石灰主要包括86～92wt％重量的CaO以及不可避免的杂质元素；高镁石灰主要包括40～50wt％重量的CaO、35～45wt％重量的MgO以及不可避免的杂质元素；复合造渣剂主要包括含SiO₂、含MnO、铁氧化物以及不可避免的杂质元素，其中，SiO₂的重量为复合造渣剂重量的45～65wt％，MnO的重量为复合造渣剂重量的4～6wt％，铁氧化物的重量为复合造渣剂重量的25～35wt％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c出钢过程根据需要进行硅、锰合金化，并经炉外精炼后得到合格的高碳铬轴承钢钢水，最后进行浇注。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中经提钒、脱钛、脱磷处理后得到半钢中碳质量百分含量为3.01～3.37％，磷质量百分含量为0.034～0.046％，钛质量百分含量不超过0.008％，温度1423～1466℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中得到低钛的含铬钢水中的碳质量百分含量为0.2％～0.35％，铬质量百分含量为1.38％～1.51％，钛质量百分含量为0.0011％～0.0021％，温度1634～1661℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)中加入的普通铬铁合金加入量为26～30kg/t，加普通铬铁的时机为供氧7～9min，加入普通铬铁后的补吹时间控制在0.5～1.2min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)中，吹氧炼钢时的供氧压力为0.8～0.9MPa，供氧强度为3.2～4m³/min.t。