CN106811577A - 一种有利于控制夹杂物的轴承钢冶炼工艺 - Google Patents

一种有利于控制夹杂物的轴承钢冶炼工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于炼钢冶炼技术领域，特别涉及一种有利于控制夹杂物的轴承钢冶炼工艺。通过一种全新的硅脱氧代替传统铝脱氧的轴承钢冶炼工艺，通过合适的顶渣碱度变化实现夹杂物塑性化，避免出现D(粗)和DS类夹杂物，同时B类夹杂物控制在≤0.5级，该工艺生产的轴承钢，化学成分满足轴承钢国标要求，轧材T[O]小于10ppm。

Description

一种有利于控制夹杂物的轴承钢冶炼工艺
技术领域
本发明属于炼钢冶炼技术领域，特别涉及一种有利于控制夹杂物的轴承钢冶炼工艺。
背景技术
轴承的工作特点是承受强冲击和交变载荷，要求轴承钢应具备、均匀硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度等性能。为满足为以上性能，对轴承钢的成分均匀性、洁净度水平(夹杂物质量分数、类型、尺寸、分布)都提出了很多的要求。洁净度和组织均匀性是影响轴承疲劳寿命的2个最重要因素，钢中氧质量分数从40ppm降低到5ppm，轴承钢的疲劳寿命可提高30倍，各厂也把氧质量分数作用评价轴承钢质量的一项重要指标，国外先进钢铁企业(瑞典SKF、日本山阳、神户、大同)目前可将钢中全氧质量分数稳定控制在5ppm以下。但即使相同全氧条件下，夹杂物的形态特征、尺寸分布的差异同样对轴承钢疲劳寿命影响非常大，控制夹杂物类型和形态是降低钢液全氧质量分析、提高钢液洁净度的同时需要考虑的另外一个重要问题。
目前国内外钢厂冶炼轴承钢的基本工艺路线为转炉(电炉)→精炼→RH(VD)→连铸，传统冶炼工艺思路存在以下弊端：(1)炼钢全过程采用Al脱氧获是较低的T.[O]，同时配以高碱度渣来吸附夹杂物，通过Al与自由氧反应、Al与精炼渣、钢包内衬反应产生不变形的Al2O3类和MgO·Al2O3类夹杂物，甚至大颗粒的DS类，此类不变形夹杂物是轴承钢疲劳寿命的重要影响因素；(2)初炼出钢和精炼过程加Al，产生絮状的脱氧产物Al2O3，无法上浮被顶渣吸附的Al2O3会堵塞水口，导致连铸液面波动卷渣，严重时铸流结死而无法浇铸，堵塞水口的絮流产物，在浇铸过程也会随机剥落，导致轧材在探伤时报警。另外，为了防止水口结瘤，很多厂家在软吹前会喂入BaSi线对夹杂物进行变性，但如果喂线变性不当会额外产生含Ba类夹杂物。
发明内容
本发明针对现有冶炼技术的缺点，提出一种有利于控制夹杂物的轴承钢冶炼工艺，冶炼过程主要用Si来代替Al脱氧，通过合适的顶渣碱度变化实现夹杂物塑性化，避免出现D(粗)和DS类夹杂物，同时B类夹杂物控制在≤0.5级，该工艺生产的轴承钢，化学成分满足轴承钢国标要求，轧材T[O]小于10ppm，
具体操作方案为：
(1)铁水经KR脱硫工序，脱硫后扒去脱硫渣，控制入转炉铁水中S质量含量≤0.003％，
扒去脱硫渣时，更换新扒渣板保证扒渣效果；
(2)转炉内兑入经过步骤(1)处理的铁水、废钢，其中废钢加入量约占铁水和废钢总量的15％，控制装入总量138±2吨/炉，经过转炉冶炼后，控制出钢时间不低于4min，转炉出钢终点[C]≥0.12％(本申请中的百分数均代表质量百分含量，下同)、[P]≤0.13％、钢水温度≥1620℃；出钢过程中(出钢1/4时)，开始依次加入高纯硅100kg/炉、低氮增碳剂、合金(低碳锰铁2kg/t、低钛低铝硅铁1.5kg/t、低钛高碳铬铁20kg/t)、石灰400kg/炉、萤石150kg/炉，控制转炉到精炼第一样成分(转炉出钢后刚进入到精炼炉中的钢水成分)中，C：0.60～0.70％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.28～0.35％，
其中，合金的选择非常重要，因为合金中含有的[Ti]和[Al]是不变形夹杂物的重要来源，需严格控制，
换出钢口后，前两炉不得冶炼该钢种，
通过转炉装入量的控制，确保钢包净空300-500mm，以免钢包净空太低，RH真空处理时会溢钢，
作为优选：使用双档出钢，减少转炉下渣污染钢水，
出钢时接收钢水的钢包使用高镁低铝质内衬钢包，冶炼前安排硬线钢洗包3次以上，确保钢包包底清理干净、不得有冷钢，钢包引流砂使用真空钢专用引流砂，保证钢水质量和大包自开；
(3)精炼前期补加石灰200kg/炉，视渣况使用适量萤石调渣；渣面脱氧使用高纯硅160kg/炉，精炼过程中补加石英砂200-300kg/炉变渣，
具体为：变渣之前取渣样，以确保变渣前渣碱度控制在1.7-2.0(目标1.8)，变渣时间确保大于10min；出钢前取终渣样，终渣碱度控制在1.15-1.3，
精炼前期尽快将温度升高，防止后期加石英砂后埋弧效果差而导致的长时间送电升温，精炼过程中调整成分时采用低氮增碳剂、低锰低钛低铝硅铁，低钛高碳铬铁或低碳铬铁，精炼调渣结束定氧，如果精炼调渣结束时[O]太高，加入一些渣料如石灰进行脱氧，目标氧含量≤10ppm；
(4)RH脱气时间15-20min，其中高真空时间大于10min；RH结束后再进行软吹，软吹时间≥30min，
RH软吹前加碳化稻壳，不加任何钢包覆盖剂；
(5)连铸
中间包内衬使用涂抹料，要求MgO≥85％，TiO2≤0.1％；中包挡墙使用镁质挡墙，要求MgO≥85％，TiO2≤0.1％，做好中间包烘烤工作：烘烤时间大于6小时，大火烘烤不低于2小时，烘烤目标温度1100℃(浇铸位)，
中间包覆盖剂使用嘉耐轴承钢专用覆盖剂，左右冲击区各加7包，左右中包小孔各加7包，覆盖剂上层使用优质碳化谷覆盖，结晶器保护渣使用高碳轴承钢保护渣，
大包(即前面所说的钢包，连铸时大包的钢水到中间包，然后再到结晶器)进行留钢操作(目标留钢渣3-5t)，严禁大包下渣，并使用专用渣盆，渣盆不外转，内部翻包，中包不溢渣，
连铸中包不取样，在大包台取样，双边中包使用内装或上装式连续测温，开浇炉次左右中包测温各1次即可；连浇时正常情况下禁止测温，此措施保护中包流场夹杂物上浮，不受测温和取样干扰。
本发明的有益效果在于：
1)通过一种全新的硅脱氧代替传统的加入铝脱氧的轴承钢冶炼工艺，一般情况下，硅脱氧能力是不如铝的，如钢水中铝含量0.02％，则自由[O]在3～5ppm，但如果仅用硅，钢水中[Si]含量0.2％，但自由[O]在50ppm，因此虽然本方案加入硅进行脱氧，但是钢水中铝的含量还是存在的，且也发挥着脱氧的贡献，因此总的脱氧效果不会下降，但正是由于少量硅(相对于钢水中需要被脱除的氧含量)的加入，不仅不会带来不利于轴承钢疲劳寿命的不变形夹杂物，而且还避免了钢液中本身存在的那部分铝脱氧而产生不变形夹杂物，而后者是本专利与传统概念上的铝脱氧最大的不同，从而整体上实现了轴承钢中夹杂物塑性化和纯净化，塑性化夹杂物对疲劳寿命影响较小，而传统的轴承钢铝脱氧工艺是无法实现夹杂物塑性化的；
2)本专利采用硅脱氧实现夹杂物塑性化区间为轧材夹杂物各成分比例CaO/SiO2＝0.4～0.6，Al2O3％含量20％，此时CaO-Si2O-Al2O3系夹杂物塑性区熔点小于1400℃，而传统铝脱氧夹杂物主要为MgO、MgO·Al2O3和Al2O3等不变形夹杂物，轧制过程无法变形；
3)本专利要实现夹杂物的塑性化，仅用硅代替铝脱氧是不够的，需要对原辅料和过程关键参数有着严格控制，炼钢全过程使用含硅的材料脱氧，禁止直接加入铝或者含铝较多的材料脱氧，控制转炉出钢终点[C]≥0.12％，过程钢水中[Al]含量小于15ppm，如精炼使用双渣法，变渣前1.7～2.0，变渣后1.15～1.3，钢包镁钙质内衬材料、中包镁钙质内衬材料、中包覆盖剂成分、结晶器保护渣的成分等；
4)通过多个过程参数的综合作用，确保本专利生产的轴承钢中钢水纯净度T.[O]≤10ppm，满足国标要求，B类均小于0.5级，同时轧材中的夹杂物成分落在CaO-Al2O3-SiO2系相图的塑性区，减少用传统铝脱氧产生的Al2O3不变形类DS大颗粒夹杂和水口堵塞剥落物，与传统工艺相比，解决了夹杂物塑性化和纯净化的问题。
附图说明
图1为本发明中，实施例616070852号炉加入高纯硅脱氧与对比实施例未加入高纯硅脱氧，所得产品中夹杂物的塑性化对比结果。
具体实施方式
(1)铁水经KR脱硫工序，脱硫后扒去脱硫渣，控制入转炉铁水中S质量含量为0.002％；
(2)转炉内兑入经过步骤(1)处理的铁水、废钢，控制装入总量140吨/炉，确保钢包净空400mm，
经过转炉冶炼后，出钢时[C]≤0.12％、[P]≤0.13％、钢水温度≥1620℃；出钢1/4时，开始依次加入高纯硅100kg/炉、低氮增碳剂、合金(低碳锰铁2kg/t、低钛低铝硅铁1.5kg/t、低钛高碳铬铁20kg/t)、石灰400kg/炉、萤石150kg/炉，出钢时间为6min，
转炉到精炼第一样成分中，C：0.60～0.70％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.28～0.35％；
(3)精炼前期补加石灰200kg/炉，渣面脱氧使用高纯硅160kg/炉，取渣样，检测到渣碱度为1.8时，加入石英砂260kg/炉变渣，变渣时间为17min，取终渣样，检测到该渣碱度在1.15-1.3范围内时，变渣完成，变渣完成后的具体终渣结果如下表1所示：
表1
(4)精炼LF出钢后至RH工位进行真空处理，RH脱气时间20min，高真空时间15min；软吹时间40min；
(5)连铸
中间包内衬使用涂抹料，要求MgO≥85％，TiO2≤0.1％；中包挡墙使用镁质挡墙，要求MgO≥85％，TiO2≤0.1％，做好中间包烘烤工作：烘烤时间大于6小时，大火烘烤不低于2小时，烘烤目标温度1100℃(浇铸位)，
中间包覆盖剂使用嘉耐轴承钢专用覆盖剂，左右冲击区各加7包，左右中包小孔各加7包，覆盖剂上层使用优质碳化谷覆盖，结晶器保护渣使用高碳轴承钢保护渣，
大包进行留钢操作(目标留钢渣3-5t)，严禁大包下渣，并使用专用渣盆，渣盆不外转，内部翻包，中包不溢渣，
连铸中包不取样，在大包台取样，双边中包使用内装或上装式连续测温，开浇炉次左右中包测温各1次即可；连浇时正常情况下禁止测温，此措施保护中包流场夹杂物上浮，不受测温和取样干扰。
本实施例的成品成分见表2所示；其次，616070852号炉的产品中铸坯夹杂物在CaO-Al2O3-SiO2系相图投影见图1所示。
表2
对比实施例
在上述实施例中616070852号炉炼钢工艺的基础上，除步骤(1)中没有加入任何高纯硅外，其余操作均相同，
所得产品中铸坯夹杂物在CaO-Al2O3-SiO2系相图投影见图1所示。

Claims (8)

1.一种有利于控制夹杂物的轴承钢冶炼工艺，其特征在于：所述的工艺为，
(1)铁水经KR脱硫工序，脱硫后扒去脱硫渣；
(2)转炉内兑入经过步骤(1)处理的铁水、废钢，经过转炉冶炼后出钢，出钢过程中依次加入高纯硅、低氮增碳剂、合金、石灰、萤石；
(3)精炼前期补加石灰，渣面脱氧使用高纯硅，精炼过程中补加石英砂变渣；
(4)精炼LF出钢后至RH工位进行真空处理；
(5)连铸、轧制。
2.如权利要求1所述的轴承钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(1)中，控制入转炉铁水中S质量含量≤0.003％。
3.如权利要求1所述的轴承钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(2)中，兑入铁水、废钢时，控制装入总量138±2吨/炉，通过转炉装入量的控制，确保钢包净空300-500mm。
4.如权利要求1所述的轴承钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(2)中，转炉出钢时，[C]≤0.12％、[P]≤0.13％、钢水温度≥1620℃，控制出钢时间不低于4min。
5.如权利要求1所述的轴承钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(2)中，出钢时接收钢水的钢包使用高镁低铝质内衬钢包，冶炼前安排硬线钢洗包3次以上，钢包引流砂使用真空钢专用引流砂。
6.如权利要求1所述的轴承钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(3)中，变渣之前取渣样，以确保变渣前渣碱度控制在1.7-2.0，变渣时间确保大于10min；出钢前取终渣样，终渣碱度控制在1.15-1.3。
7.如权利要求1所述的轴承钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(4)中，RH脱气时间15-20min，高真空时间大于10min；软吹时间≥30min。
8.如权利要求1所述的轴承钢冶炼工艺，其特征在于：步骤(5)中，中包内衬使用镁钙质涂抹料、专用中包覆盖剂和结晶器保护渣。
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