CN106399640B - 控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法 - Google Patents

控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法，其包括LF精炼和RH精炼工序，所述LF精炼工序：包括出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程和LF处理过程；所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程：转炉冶炼终点钢水温度1600～1650℃；出钢后期加入精炼渣7～10kg/t，所述精炼渣为高碱度低熔点精炼渣；出钢过程钢包底吹氩气流量控制2.5～3.5NL/min•t；出钢末期进行挡渣操作，并加入铝粒20～40kg；出钢结束到LF精炼过程期间控制钢包底吹氩气流量0.15～0.35L/min•t；所述LF处理过程：LF处理过程控制钢包底吹氩气流量2.5～5.0L/min•t；LF冶炼前期加入铝粒30～50kg；LF冶炼中期，加入石英30～50kg和石灰200～400kg，采用中低碱度精炼渣。本方法能有效预防及去除钢中脆性夹杂物。

Description

控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其是一种控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法。
背景技术
高碳铬轴承钢常用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈等零部件，随着现代科学技术的发展，对轴承的寿命、稳定性和可靠性等提出了更高的要求，然而轴承钢中的夹杂物破坏了基体的连续性并产生应力集中，成为轴承剥落的裂纹源，对轴承的性能尤其是接触疲劳寿命有极大的影响。
依据GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》，钢中常见的夹杂物根据其形态和分布，分为A、B、C、D、Ds五大类。其中A类（硫化物类）、C类（硅酸盐类）通常具有高的延展性，而B类（氧化铝类）、D类（球状氧化物类）、Ds类（单颗粒球状类）由于与基体的热膨胀系数差别大，在轧制过程中不变形，这些夹杂物通常称为脆性非金属夹杂物（脆性夹杂物）。在压力加工过程中，这些脆性夹杂物的周围会形成空隙，成为主要的裂纹来源，对钢材疲劳寿命的影响较大。因此要严格控制钢中脆性非金属夹杂物的数量及分布。
钢中脆性夹杂物的类型、尺寸及分布与精炼渣系的组成、造渣工艺制度以及过程操作控制等密切相关。例如，日本山阳特钢为控制钢中脆性非金属夹杂物的数量及尺寸，采用高碱度精炼渣大幅降低钢中氧含量，同时在RH处理过程中采取措施防止钢渣进入真空室，实现了真空室无渣冶炼，使得钢中非金属夹杂物尺寸≤12um；但该方法对精炼过程控制非常严格，国内钢厂采用该工艺无法实现其夹杂物控制效果。
瑞典SKF为控制钢中脆性非金属夹杂物的数量及尺寸，采用低碱度渣精炼，消除了含CaO的Ds类夹杂物，同时对Al2O3夹杂也有较强的吸附能力；但其优异的脱氧能力及夹杂物控制能力是在精炼过程采用电磁和吹氩双重搅拌工艺下实现的，国内钢厂精炼过程无法实现钢包电磁搅拌。
公开号CN1621538A公开了一种减少和细化高碳铬轴承钢D类夹杂物的生产方法，其通过在LF工序采用高碱度渣脱氧脱硫，在VD工序采用低碱度渣减少精炼渣中自由CaO含量的变渣精炼工艺，一定程度上减少并细化了钢中的D类夹杂物；但该工艺需在VD工序扒渣处理且需在钢液中加入低碱度合成渣，对过程温度控制带来较大负担，增加了生产成本，并且该工艺不适合RH真空炉设备。
公开号CN101962702A公开了一种控制钢中非金属夹杂物的方法，其在LF精炼结束和RH真空处理结束分别进行钙处理和软吹，以控制铸坯中的非金属夹杂物类型；该方法可大幅降低钢中钙铝酸盐类脆性非金属夹杂物，但该方法需对钢水进行变性处理（钙处理），这在轴承钢生产中是被禁止的。
公开号CN104087719A公开了一种高碳轴承钢的冶炼工艺，其通过调整渣料及脱氧剂加入，得到高精度精炼渣，碱度值6～9。该工艺脱硫、脱氧效果较好，同时通过严格控制过程钢液Al的含量及渣中CaO/Al2O3控制钢中D类夹杂物的含量；但该工艺与日本山阳特钢相似，没有严格的控制及RH真空室无渣操作，难易有效控制钢中脆性非金属夹杂物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、易控的控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括LF精炼和RH精炼工序，所述LF精炼工序：包括出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程和LF处理过程；
所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程：转炉冶炼终点钢水温度1600～1650℃；出钢后期加入精炼渣7～10kg/t，所述精炼渣为高碱度低熔点精炼渣；出钢过程钢包底吹氩气流量控制2.5～3.5NL/min•t；出钢末期进行挡渣操作，加入铝粒20～40kg；出钢结束到LF精炼过程期间控制钢包底吹氩气流量0.15～0.35L/min•t；
所述LF处理过程：LF处理过程控制钢包底吹氩气流量2.5～5.0L/min•t；LF处理前期加入铝粒30～50kg；LF处理中期，加入石英30～50kg和石灰200～400kg；LF处理中后期，采用中低碱度精炼渣。
本发明所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程，高碱度低熔点精炼渣主要成分的重量含量为：CaO 45～60%、SiO2≤3%、Al2O3 35～45%。
本发明所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程，挡渣操作为使用滑板挡渣控制转炉下渣量≤3kg/t。
本发明所述LF处理过程中，中低碱度精炼渣主要成分的重量含量为：CaO 40～50%、SiO2 12～20%、Al2O3 20～30%、MgO 4～8%。
本发明所述LF处理过程中，LF处理时间30～40min。
本发明所述RH精炼工序：真空度为67～110Pa，RH真空处理时间为35～45min，控制软吹时间25～50min。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明将轴承钢出钢过程到RH软吹过程中温度变化、底吹控制、夹杂物去除机理变化等过程与精炼渣的选择相联系，通过精炼渣的物化性能的变化与钢水精炼过程变化相匹配，使出钢后期到RH软吹结束精炼渣均能保持很好的熔化性能、一定的脱硫能力以及良好的夹杂物吸附能力，可达到更好的去除和控制轴承钢中脆性非金属夹杂物的效果，同时解决了转炉冶炼低磷钢水低温出钢与过程化渣难、LF精炼时间长的矛盾。轴承钢为降低钢水磷含量，出钢温度低，同时钢种合金元素含量高，出钢合金化过程加入合金量大，钢水合金化后温降大，钢水温度低，加入以12CaO•7Al2O3为主的低熔点精炼渣利于渣系熔化，快速成渣，高碱度渣利于钢水脱硫及钢水Al2O3夹杂物的吸附，达到更早的对钢水精炼的目的。
本发明在降低的出钢温度下，仍能保证钢水合金化后炉渣有较好的熔化性能；本发明出钢合金化后到LF精炼末期时间内，炉渣完成了高碱度渣系到中低渣系的变渣操作，在无需延长精炼时间的前提下，可达到一定的脱硫效果和夹杂物去除效果；本发明可有效预防及去除钢中脆性夹杂物，钢中B类夹杂物≤0.5级，D类夹杂物≤1.0级，Ds类夹杂物≤1.0级，可满足高级别轴承钢对夹杂物的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：本控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法采用下述具体工艺。
1、LF精炼工序：包括出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程和LF处理过程。
（1）出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程：转炉冶炼终点钢水温度1600℃，出钢后期加入精炼渣7kg/t钢，精炼渣主要成分为：CaO 45%、SiO2 2%、Al2O3 45%；出钢过程钢包底吹流量控制为3.5L/min•t，出钢末期使用滑板挡渣控制下渣量≤3kg/t钢，钢水中加入铝粒20kg以对炉渣强脱氧降低炉渣氧化性；出钢结束后控制钢包底吹流量为0.35L/min•t。
（2）LF处理过程：LF处理过程控制钢包底吹流量为3.5L/min•t；LF处理前期加入铝粒50kg，以对炉渣强脱氧降低炉渣氧化性；LF处理的10～15min为LF冶炼中期，在LF处理的第10min加入石英50kg、石灰200kg；LF处理中后期，采用的精炼渣主要成分：CaO 40%、SiO220%、Al2O3 30%、MgO 8%；LF处理总用时35min。
2、RH精炼工序：真空槽真空度为90Pa，RH真空处理时间为40min，控制软吹时间30min。
本实施例所得轴承钢盘条的夹杂物检测（依据GB/T 10561-2005）评级结果见表1。
实施例2：本控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法采用下述具体工艺。
1、LF精炼工序：包括出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程和LF处理过程。
（1）出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程：转炉冶炼终点钢水温度1650℃，出钢后期加入精炼渣10kg/t钢，精炼渣主要成分为：CaO 60%、SiO2 1.5%、Al2O3 35%；出钢过程钢包底吹流量控制为3.2NL/min•t，出钢末期使用滑板挡渣控制下渣量≤3kg/t钢，钢水中加入铝粒40kg以对炉渣强脱氧降低炉渣氧化性；出钢结束后控制钢包底吹流量为0.15L/min•t。
（2）LF处理过程：LF处理过程控制钢包底吹流量为2.5L/min•t；LF处理前期加入铝粒30kg，以对炉渣强脱氧降低炉渣氧化性；LF处理的10～15min为LF冶炼中期，在LF处理的第15min加入石英30kg、石灰400kg；LF处理中后期，采用的精炼渣主要成分为：CaO 50%、SiO2 12%、Al2O3 30%、MgO 4%；LF处理总用时40min。
2、RH精炼工序：真空槽真空度为110Pa，RH真空处理时间为45min，控制软吹时间50min。
本实施例所得轴承钢盘条的夹杂物检测（依据GB/T 10561-2005）评级结果见表1。
实施例3：本控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法采用下述具体工艺。
1、LF精炼工序：包括到LF处理位预脱氧成渣过程和LF处理过程。
（1）出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程：转炉冶炼终点钢水温度1620℃，出钢后期加入精炼渣8kg/t，精炼渣主要成分为：CaO 50%、SiO2 3%、Al2O3 45%；出钢过程钢包底吹流量控制为3.0L/min•t，出钢末期使用滑板挡渣控制下渣量≤3kg/t钢，钢水中加入铝粒30kg以对炉渣强脱氧降低炉渣氧化性；出钢结束后控制钢包底吹流量为0.30L/min•t。
（2）LF处理过程：LF处理过程控制钢包底吹流量为5.0L/min•t；LF处理前期加入铝粒30kg，对炉渣强脱氧降低炉渣氧化性；LF处理的10～15min为LF冶炼中期，在LF处理的第12min加入石英30kg、石灰300kg；LF处理中后期，采用的精炼渣主要成分为：CaO 42%、SiO218%、Al2O3 28%、MgO 6%；LF处理总用时32min。
2、RH精炼工序：真空槽真空度为67Pa，RH真空处理时间为35min，控制软吹时间40min。
本实施例所得轴承钢盘条的夹杂物检测（依据GB/T 10561-2005）评级结果见表1。
实施例4：本控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法采用下述具体工艺。
1、LF精炼工序：包括出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程和LF处理过程。
（1）出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程：转炉冶炼终点钢水温度1630℃，出钢后期加入精炼渣9kg/t，精炼渣主要成分：CaO 52%、SiO2 3%、Al2O3 42%；出钢过程钢包底吹流量控制为2.5NL/min•t，出钢末期使用滑板挡渣控制下渣量≤3kg/t钢，钢水中加入铝粒30kg以对炉渣强脱氧降低炉渣氧化性；出钢结束后控制钢包底吹流量0.25L/min•t。
（2）LF处理过程：LF处理过程控制钢包底吹流量为4.0L/min•t；LF处理前期加入铝粒40kg，以对炉渣强脱氧降低炉渣氧化性；LF处理的10～15min为LF冶炼中期，在LF处理的第10min加入石英40kg、石灰400kg；LF处理中后期，采用的精炼渣主要成分为：CaO 48%、SiO2 16%、Al2O3 20%、MgO 6%；LF处理总用时30min。
2、RH精炼工序：真空槽真空度为89Pa，RH真空处理时间为38min，控制软吹时间25min。
本实施例所得轴承钢盘条的夹杂物检测（依据GB/T 10561-2005）评级结果见表1。
表1：各实施例所得轴承钢盘条的夹杂物检测评级结果
由表1可见，本方法所得轴承钢盘条中B类、D类、Ds类等脆性非金属夹杂物含量明显的得到了控制。

Claims (6)

1.一种控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法，其包括LF精炼和RH精炼工序，其特征在于，所述LF精炼工序：包括出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程和LF处理过程；
所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程：转炉冶炼终点钢水温度1600～1650℃；出钢后期加入精炼渣7～10kg/t，所述精炼渣为高碱度低熔点精炼渣；出钢过程钢包底吹氩气流量控制2.5～3.5NL/min•t；出钢末期进行挡渣操作，加入铝粒20～40kg；出钢结束到LF精炼过程期间控制钢包底吹氩气流量0.15～0.35L/min•t；
所述LF处理过程：LF处理过程控制钢包底吹氩气流量2.5～5.0L/min•t；LF处理前期加入铝粒30～50kg；LF处理中期，加入石英30～50kg和石灰200～400kg；LF处理中后期，采用中低碱度精炼渣。
2.根据权利要求1所述的控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法，其特征在于：所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程，高碱度低熔点精炼渣主要成分的重量含量为：CaO 45～60%、SiO2≤3%、Al2O3 35～45%。
3.根据权利要求1所述的控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法，其特征在于：所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程，挡渣操作为使用滑板挡渣控制转炉下渣量≤3kg/t。
4.根据权利要求1所述的控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法，其特征在于：所述LF处理中后期，中低碱度精炼渣主要成分的重量含量为：CaO 40～50%、SiO2 12～20%、Al2O3 20～30%、MgO 4～8%。
5.根据权利要求1所述的控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法，其特征在于：所述LF处理过程中，LF处理时间30～40min。
6.根据权利要求1－5任意一项所述的控制轴承钢中脆性夹杂物的精炼方法，其特征在于：所述RH精炼工序：真空度为67～110Pa，RH真空处理时间为35～45min，控制软吹时间25～50min。
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