CN105463150B

CN105463150B - 一种汽车轮毂轴承用钢冶炼工艺

Info

Publication number: CN105463150B
Application number: CN201510964516.2A
Authority: CN
Inventors: 邓向阳; 沈艳; 杜佳美; 刘宪民
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: CN105463150A

Abstract

本发明属于冶金领域，涉及一种钢材冶炼工艺，具体地说是一种汽车轮毂轴承用钢冶炼工艺。转炉通过加入优质铁水及废钢，采用滑板出钢并加以留钢操作，根据终点C含量采用不同数量的Al饼对钢水进行脱氧；精炼过程提前用铝，控制白渣保持时间大于30min,整个精炼过程加强炉渣的脱氧及流动性维护；RH过程保证足够的真空去气时间，并保证软吹时间；连铸中包采用双渣进行覆盖，吸附钢水中夹杂的同时防止了二次氧化。该工艺中钢水纯洁度得到了最大的提高，生产的轮毂用轴承钢氧含量达到5.2ppm，钢水钛含量10ppm，非金属夹杂评级达到了国际最好水平，延长了轮毂用轴承钢的疲劳寿命，并实现了钢水的多炉连浇，降低了生产成本。

Description

一种汽车轮毂轴承用钢冶炼工艺

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种钢材冶炼工艺，具体地说是一种汽车轮毂轴承用钢冶炼工艺。

背景技术

汽车轮毂轴承单元主要承受通过悬挂系统传递而来的汽车重量(径向载荷)、汽车转向产生的轴向载荷，传递变速箱和驱动轴传过来的扭矩，使汽车前进和后退，因此是一个非常重要的安全件。目前主要用碳素轴承钢来生产制作汽车轮毂轴承，主要钢种有国标的G55Mn、G70Mn，相当于美国标准的SAE1055M与SAE1070M牌号。为满足其使用要求，汽车轮毂用轴承钢必须具有良好的疲劳寿命、切削性能及均匀的宏观组织结构。

高质量的汽车轮毂用轴承钢其质量主要表现在三个方面：钢水纯洁度高、良好的淬透性、均匀的组织结构。对轮毂用轴承钢来说，疲劳寿命是其最重要的特性，而材料纯洁度是影响汽车轮毂寿命的最重要因素，因此冶炼汽车轮毂用轴承钢的关键是要提高钢水的纯洁度，即：降低钢水中的气体及残余元素含量且要求非金属夹杂物数量少、尺寸小，分布要均匀。如何提高钢水纯洁度，这是国内钢厂的一大难点。

目前，国内汽车轮毂轴承用碳素轴承钢基本采用“电炉+炉外精炼+模铸或电渣工艺生产”采用此工艺生产，电炉残余元素高，影响钢水纯洁度，质量较国外存在较大差距，此外模铸工艺生产效率低、成材率也低，严重的增加了材料的生产成本。

如何提高汽车轮毂用轴承钢的钢水纯洁度，并提高其生产效率降低生产成本成为技术攻关的主要难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车轮毂用轴承钢冶炼工艺，该工艺采用“铁水→转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空炉处理→连铸机浇注”的工艺路线，采用该工艺能实现钢水多炉连浇，提高生产效率、降低生产成本的同时提高了钢水的纯洁度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种汽车轮毂用钢冶炼工艺，包括原辅材料准备、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸浇注，步骤如下：

(1)转炉冶炼钢铁料采用低硫铁水(要求铁水S≤0.025％)和优质废钢，严格控制转炉装入量，铁水加入量116～120吨，废钢加入量13～17吨，

要求废钢必须采用该钢种或者同类钢种的车间内部自产废钢，不得使用含Ti、含Mo的废钢，并保证废钢的干燥干净，从而减少残余元素及气体、夹杂的带入；

(2)转炉冶炼过程全程底吹氩气，吹炼4min以前不加矿石，吹炼13min后不加任何渣料，14min后小流量向钢水内供氧，氧流量≤24500m³/h，

这样做的目的是为了避免后期再加渣料污染钢水，同时也可以避免后期吹氧后增加钢水氧含量，从而达到提高钢水纯洁度，降低钢水氧含量的目的；

(3)转炉终点碳含量控制在0.15％以上，转炉出钢温度控制在1630～1660℃，转炉采用滑板出钢，并进行留钢操作，每炉留钢2吨，并加入铝饼进行钢水的脱氧，

根据转炉钢水终点碳含量，加入不同的铝饼来进行钢水的脱氧，具体要求见下表：

终点C含量	0.15％～0.25％	0.25％～0.35％	＞0.35％
				铝饼kg/炉	130	120	100

终点碳含量高时，钢水氧位低，用铝量适当减少，在保证钢水充分脱氧的同时，防止出钢时用铝过多而出现钢水吸氮，终点碳含量低时，钢水氧位高，用铝量适当增加，这样可以保证钢水前期进行充分脱氧，延长后续精炼白渣时间，白渣时间越长对钢水的脱氧及吸附夹杂的作用越强，最终减少钢水氧含量，

本步骤中，将终点碳含量控制在0.15％以上是为了防止钢水过氧化，并且需要根据钢水终点C含量的不同来加入不同数量的铝饼，这样可以达到对钢水最大限度脱氧的同时减少过度用铝带来的对钢水污染，

这里转炉滑板出钢与留钢操作相结合的出钢方式，减少下渣的几率，从而减少对钢水的污染；

(4)转炉出钢时按先后顺序依次加入低氮增碳剂、低钛高碳铬铁、低碳锰铁、低铝硅铁、低钛预熔渣(700千克/炉)、石灰(500千克/炉)，

(5)LF精炼第一样后，根据Al含量使用铝粒强化脱氧和脱硫，控制精炼时间45～60min，白渣时间≥30分钟，

精炼通电时间LF严禁补加渣料；严格执行吹氩制度，精炼前20分钟和调整成分时采用大的吹氩强度，纯升温和造渣阶段要控制好吹氩流量，确保钢水面不外露，以渣面波动、电极不闪弧为准，

精炼过程中，当温度≥1515℃安排取第一样，继续送电小档位脱氧，第一样出来粗调成分，根据铝含量喂Al丝，调整[Al]：0.040％-0.060％，保证上RH前钢水中的Al含量控制0.020-0.030％，中包成品Al目标0.010-0.015％，Al是强脱氧元素，保证钢水中一定的铝含量可以降低钢水中的氧含量，同时精炼前期用铝，可以使得生成Al₂O₃夹杂有充分的时间聚集上浮去除，前期将铝调整到位，减少后期用铝后生成的脱氧产物没有足够的时间上浮，污染钢水，影响钢水的纯净度；

精炼成分调整次数≤2次，每次调整碳时，碳粉加入量≤100kg，第二次调整成分时必须保证碳和合金进入目标值，杜绝后期调整成分，这样做的目的是可以有效防止后期加入的合金等原料所含的杂质对钢水的污染，从而提高钢水纯洁度，

对钢水精炼时间进行控制，正常连浇精炼时间48min，白渣时间35分钟，精炼时间过短，钢水脱氧不充分，成分及温度也得不到均匀，整个精炼中后期使钢水保持高碱度白渣状态，可以持续稳定的对钢水进行脱氧，如果钢水精炼时间过长，也会导致后期加热过程钢水吸气，污染钢水；

(6)RH真空处理，确保负压小于67Pa，且保压时间≥20分钟，环流时间大于35min，RH结束后迅速使用轴承钢专用碳化稻壳进行覆盖，并微调好氩气进行软吹，然后测温、取样、定氢、定氧，

确保软吹时间40～60min，控制好弱搅拌，确保渣面微动，钢液不裸露、不卷渣；

(7)吊包、浇注，

中间包烘烤前包盖、包沿用涂抹料密封并加强中间包的清洁工作；加中间包孔盖后烘烤中间包，保证中间包烘烤温度达1100℃以上，

开浇前，中间包先充氩，大包长水口氩封好，中间包采用双层覆盖剂进行保护，严禁出现钢液裸露，确保覆盖剂吸附夹杂能力；大包关包保证余钢操作(目标：大包留5吨钢渣关包)，

开浇后，中包钢液面超过挡渣墙最上孔后加入300kg低钛高碱度中包覆盖剂(覆盖剂主要成分为：40％≤CaO≤45％；SiO₂≤2％；38％≤Al₂O₃≤42％；TiO₂≤0.03％)，中包覆盖剂上方加轴承钢专用碳化稻壳覆盖，进行双层保护，这样可以最大程度的防止浇注过程中间包吸气，且低钛高碱度覆盖剂可以吸附中包中钢水上浮的夹杂物，

保持中间包钢水在高液位浇注(中包钢水必须放满)；连浇换大包时，保持中包液位变化≤2t；大包开浇安排接取引流砂；

中包整体式水口要求垂直、对中，浸入结晶器钢液面深度90～130mm，结晶器钢液面距铜管上口70～110mm；保持结晶器钢液面稳定，波动幅度在±3mm范围内，采用自动浇注控制，浇注过程保持拉速的恒定，防止频繁的调节拉速带来的结晶器内钢水卷渣。

本发明的有益效果在于：转炉以低S铁水加低钛、低钼优质废钢进行冶炼，转炉采用滑板出钢，并加以留钢操作，减少了转炉下氧化渣的机会，降低了钢水的氧来源，并根据终点碳含量不同转炉出钢过程加入不同量的Al饼进行脱氧，可以最大程度的对钢水进行初脱氧，并可以降低出钢过程吸N的几率，出钢过程加入低钛预熔精炼渣，减少了残余元素Ti的来源，精炼过程做到前期用铝，并保持白渣时间30分钟以上，在做到最大限度脱氧的同时，给脱氧产物三氧化二铝夹杂有充分的时间上浮，连铸过程加强保护浇注，中间包采用低钛高碱度覆盖剂与碳化稻壳进行双层覆盖，可以最大限度的吸附夹杂并防止吸气。因此采用此工艺生产的轴承钢减少了钢水中的非金属夹杂物含量、气体含量及残余元素Ti的含量，提高了钢水的纯洁度，并实现了多炉连浇，降低了生产成本。

具体实施方式

一种汽车轮毂轴承用钢，采用“转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空炉处理→连铸机浇注”的工艺路线来进行生产，其钢水纯洁度控制方法如下：

转炉工艺

1、公称容积为120t的转炉装入量为133.8t，其中铁水117.5t,废钢16.3t，转炉终点碳含量0.53％，出钢温度1647℃,出钢量为120.6t，

2、转炉出钢过程先后加入铝饼100kg、低氮增碳剂100kg、对应量的铁合金、700kg低Ti预熔精炼渣，500kg石灰。

LF精炼炉工艺

1、前期用SiC 100Kg/炉及铝粒50Kg/炉进行炉渣的扩散脱氧，前期使用大氩气流量，流量控制以保证吹氩直径300-400mm为准；

2、精炼13min后炉渣变白，开始取初样，取初样时测温钢水温度1536℃，初样结果显示钢水铝含量0.013％，此时喂入350m铝线来进行钢水中铝含量的调整，前期便将Al调整到位，并每隔3分钟往渣面飘入10kg的SiC进行炉渣的脱氧与流动性调节，从而降低钢水的氧含量并提高炉渣吸附夹杂物的能力；

3、出精炼时取终样，钢水铝含量0.021％，钢水中硫含量0.003％，整个LF精炼时间48min，白渣保持时间35min。

RH工艺

1、RH环流时间36分钟，其中极限真空度(≤67pa)保持时间28分钟；

2、RH破空后喂迅速加入100kg轴承钢专用碳化稻壳进行覆盖，然后将氩气流量调小，流量大小以钢水面的轻微蠕动不露面为准，同时开始软吹，并进行取样、定氢、定氧操作，整个软吹时间45min。

连铸工艺

1、生产前对中间包进行密封、加盖烘烤，中包烘烤温度达1120℃；开浇前，中间包先充氩，大包长水口氩封好，开浇后中包钢液面超过挡渣墙最上孔时加低钛中包覆盖剂300kg，中包渣上方加轴承钢专用碳化稻壳覆盖；

2、中包整体式水口垂直、对中，浸入结晶器钢液面深度108mm，结晶器钢液面距铜管上口90mm；保持结晶器钢液面稳定，采用自动浇注控制，浇注过程保持拉速的恒定，

3、连铸拉速控制在0.6-0.7m/min，过热度控制在20-30℃，浇注过程没有出现频繁的调整拉速的异常情况，有效的防止了因拉速的频繁波动带来的结晶器内钢水卷渣。

通过本发明生产的轮毂用轴承钢，Ti含量控制在10PPm；氧含量控制在5.2ppm，非金属夹杂物控制如下表所示：

影响轴承钢钢水纯洁度的各项指标都达到甚至超过了国际领先水平。

Claims

1.一种汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：包括原辅材料准备、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸浇注；

所述工艺步骤如下，

(1)转炉冶炼钢铁料采用低硫铁水和优质废钢，严格控制转炉装入量，铁水加入量116～120吨，废钢加入量13～17吨；

(2)转炉冶炼过程全程底吹氩气，吹炼4min以前不加矿石，吹炼13min后不加任何渣料，14min后小流量向钢水内供氧；

(3)转炉终点碳含量控制在0.15％以上，转炉出钢温度控制在1630～1660℃，转炉采用滑板出钢，并进行留钢操作，每炉留钢2吨，并加入铝饼进行钢水的脱氧；

(4)转炉出钢时按先后顺序依次加入低氮增碳剂、低钛高碳铬铁、低碳锰铁、低铝硅铁、低钛预熔渣、石灰；

(5)LF精炼第一样后，根据Al含量使用铝粒强化脱氧和脱硫，控制精炼时间45～60min，白渣时间≥30分钟；

(6)RH真空处理，确保负压小于67Pa，且保压时间≥20分钟，环流时间大于35min，RH结束后迅速使用轴承钢专用碳化稻壳进行覆盖，并微调好氩气进行软吹，然后测温、取样、定氢、定氧；

(7)吊包、浇注。

2.如权利要求1所述的汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(1)中，铁水中S≤0.025％，废钢采用该钢种或者同类钢种的车间内部自产废钢。

3.如权利要求1所述的汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(2)中，供氧的氧流量≤24500m³/h。

4.如权利要求1所述的汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(3)中，根据转炉钢水终点碳含量，加入不同的铝饼来进行钢水的脱氧，具体为

5.如权利要求1所述的汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(4)中，低钛预熔渣的加入量为700千克/炉，石灰的加入量为500千克/炉。

6.如权利要求1所述的汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(5)中，精炼通电时间LF严禁补加渣料，精炼前20分钟和调整成分时采用大的吹氩强度，吹氩流量控制以保证吹氩直径300-400mm。

7.如权利要求1所述的汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(5)中，精炼成分调整次数为2次，每次调整碳时，碳粉加入量≤100kg，第二次调整成分时必须保证碳和合金进入目标值，杜绝后期调整成分。

8.如权利要求1所述的汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(6)中，软吹时间为40～60min。

9.如权利要求1所述的汽车轮毂用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(7)中，中间包烘烤前包盖、包沿用涂抹料密封并加强中包的清洁工作；加中间包孔盖后烘烤中间包，保证中包烘烤温度达1100℃以上。