CN109055664A - 一种无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法 - Google Patents

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赵阳
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Abstract

本发明公开了一种轴承钢冶炼过程夹杂物的控制方法，可以彻底去除轴承钢中的Ds类夹杂物，提高轴承钢的疲劳寿命。本方法是采用转炉→LF→RH→CC工序生产高碳铬轴承，转炉出钢过程中采用碳化硅而非铝脱氧，LF精炼过程中造低碱度精炼渣，渣面用纯度高的碳化硅进行脱氧，降低渣中自由的CaO以及减少钢液中Al2O3夹杂的形成，RH精炼过程高真空环流以及长时间软吹，从而达到彻底去除轴承钢中Ds类夹杂物的目的。实施本发明专利方法生产的高碳铬轴承钢，在彻底去除钢中Ds类夹杂物的同时，全氧含量≤0.0010％。

Description

一种无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金行业轴承钢冶炼领域，具体涉及一种轴承钢冶炼过程夹杂物的控制方法，尤其是指去除高碳铬轴承钢Ds类夹杂物的方法。
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，如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，这类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Ds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Ds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、易控的轴承钢中无Ds类夹杂物的钢液脱氧控制方法。
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大于1600℃或大于1620℃；出钢过程加入400～450kg石灰、150～170kg萤石、100～120kg/炉的碳化硅、低碳锰铁2～2.2kg/t、低铝低钛硅铁1.5～1.7kg/t以及低钛高碳铬铁20～22kg/t；出钢1min后依次加入碳化硅、低氮增碳剂、合金以及顶渣；出钢过程全程底吹氩气，吹氩气流量为530～550Nm3/h。
所述LF处理过程：精炼前期先将温度升高(一般1520～1530℃)，前期补加石灰200～220kg/炉；渣面脱氧用碳化硅160～180kg/炉脱氧，精炼过程当钢液成分、温度、碱度合适(一般钢液中各组分的质量含量满足：C：0.85～0.88％，Si：0.16～0.18％，Mn：0.27～0.29％，P≤0.015％，S≤0.01％，Cr：1.0～1.2％，温度为1515～1525℃，精炼渣碱度为1.9～2.3)后补加石英砂200～300kg/炉变渣，变渣前碱度控制在1.7～2.3，变渣时间确保大于10min(优选12min)；终渣碱度控制在1.1～1.6。在精炼造渣过程，底吹氩气流量为380～400Nm3/h；软吹过程，底吹氩气流量为250～280Nm3/h。
进一步的，当钢液中各组分的质量含量为C：0.85～0.95％，Si：0.08～0.18％，Mn：0.25～0.35％，Cr：1.35～1.45％，温度为1565～1595℃、终碱度为1.3～1.5时出钢。
进一步的，本发明所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程，转炉出钢1min后加入100～120kg/炉碳化硅脱氧，用滑板挡渣及挡渣锥双档防止出钢下渣，转炉出钢时间不得低于5min；
进一步的，本发明所述LF处理过程中，LF处理时间35～45min(进一步优选40～45min)；在精炼造渣过程，底吹氩气流量为380～400Nm3/h；
本发明所述RH精炼工序：真空度＜67Pa，提升气体采用Ar气，流量＞65Nm3/h，脱气时间15～20min(优选17～22min)，高真空环流时间大于12min。软吹前加碳化稻壳，软吹过程，底吹氩气流量为250～280Nm3/h，软吹时间≥35min。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明在出钢过程用高纯硅脱氧，在LF精炼过程中渣面采用高纯硅脱氧，并造低碱度精炼渣，RH精炼过程高真空循环以及长时间软吹，可以大大降低渣中的自由CaO以及钢液中Als含量，从根本上阻止Ds类夹杂的形成，结合RH精炼过程高真空循环以及长时间的软吹，可更好的促进夹杂物的有效去除，同时解决了轴承钢的可浇性时间的问题。
本发明在不采用Al脱氧，彻底去除Ds类夹杂物的同时，可将氧控制在0.0010％以下；本发明出钢合金化后到LF精炼末期时间内，炉渣完成了低碱度渣系的变渣操作，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；本发明可保证Ds类夹杂物为0级，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：
本发明控制高碳铬轴承钢中无Ds类夹杂物的脱氧控制方法采用下述的具体工艺。高碳铬轴承钢主要成分为：C：0.95～1.02％，Si：0.18～0.28％，Mn：0.3～0.4％，Cr：1.4～1.55％，Al：0.005～0.015％，Ti≤0.002％；Ca≤0.001％。
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：120t顶底复吹转炉入炉铁水成分为：C:4.9％，Si：0.37％，Mn：0.088％，P：0.118％，Ti：0.041％；冶炼终点C：0.13％，P：0.014％，S：0.007％，终点温度为1630℃时开始出钢，出钢1/4时依次加入碳化硅115kg、低碳锰铁335kg、低钛高碳铬铁2150kg、低铝低钛硅铁210kg、低氮增碳剂915kg，渣料石灰408kg、萤石153kg，各合金及造渣料的主要成分如表1所示。出钢时间6min，出钢过程全程底吹氩，吹氩流量为545Nm3/h。
表1各合金及造渣料的主要成分
(2)LF处理过程：到精炼第一个试样主要成分如下：C：0.85％，Si：0.17％，Mn：0.28％，P：0.013％，S：0.008％，Cr：1.10％，精炼座包温度1520℃，通电8.5min后钢水温度1525℃，补加石灰208kg，萤石237kg，碳化硅168kg，电石108kg，供电时间43min，冶炼周期73min，石英砂185kg，变渣时间13min，变渣前后炉渣成分见表2；在精炼造渣过程，底吹氩气流量为384Nm3/h；软吹过程，底吹氩气流量为278Nm3/h。
表2变渣前后精炼渣成分(单位：％)
项目 CaO SiO<sub>2</sub> MnO MgO S P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
初渣 54 28 0.16 7.1 0.125 0.013
终渣 47 37 0.3 7.3 0.07 0.011
项目 TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> FeO T.Fe R<sub>1</sub>
初渣 0.26 6.7 0.8 0.56 2.0
终渣 0.24 6.1 1.1 0.64 1.4
2、RH精炼工序：RH脱气时间19min，高真空环流时间15min，极限真空度0Pa，提升气流量65Nm3/h，软吹时间35min。
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3。
表3夹杂物评级
实施例2
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：转炉入炉铁水成分为：C：4.8％，Si：0.38％，Mn：0.083％，P：0.114％，Ti：0.039％；
冶炼终点C：0.12％，P：0.013％，S：0.008％，终点温度1621℃时开始出钢，出钢1.5min后加入碳化硅100kg、低碳锰铁334kg、低钛高碳铬铁2145kg、低铝低钛硅铁209kg、低氮增碳剂925kg；渣料石灰405kg、萤石154kg；出钢总时间5.5min，出钢过程全程底吹氩气，吹氩流量为550Nm3/h。
(2)LF处理过程：到精炼第一个试样主要成分如下：C：0.85％，Si：0.17％，Mn：0.28％，P：0.013％，S：0.008％，Cr：1.10％；精炼座包温度1512℃，通电8min后钢水温度1525℃，补加石灰204kg，萤石245kg、高纯硅160kg、电石100kg、低钛高碳铬铁701kg、低铝低钛硅铁165kg、低碳锰铁116kg、低碳增碳剂110kg；钢水成分C：0.98％，Si：0.27％，Mn：0.35％，P：0.012％，Ti：0.0013％，Cr：1.48％；Al：0.0020％；供电时间40min，冶炼周期70min，成分合格后加入石英砂208kg，变渣时间12min，变渣前后精炼渣成分如表4所示，变渣完成后出钢；在精炼造渣过程，底吹氩流量为380Nm3/h；软吹过程，底吹氩流量为275Nm3/h。
表4变渣前后精炼渣成分(单位：％)
项目 CaO SiO<sub>2</sub> MnO MgO S P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
初渣 55.43 28.00 0.09 7.49 0.14 0.01
终渣 49.01 36.80 0.58 7.09 0.06 0.01
项目 TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> FeO T.Fe R<sub>1</sub>
初渣 0.27 7.11 0.86 0.60 1.98
终渣 0.25 6.23 1.14 0.64 1.32
2、RH精炼工序：RH脱气时间20min，高真空环流时间16min，极限真空度0Pa，提升气流量67Nm3/h，处理结束后钢包添加碳化稻壳覆盖钢水表面，软吹氩气流量262Nm3/h；软吹时间38min。
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5。
表5夹杂物评级
实施例3
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：转炉入炉铁水成分为：C：4.3％，Si：0.45％，Mn：0.075％，P：0.103％。Ti：0.035％；冶炼终点C：0.13％，P：0.012％，S：0.008％，终点温度1626℃时开始出钢，出钢1min40s后加入碳化硅100kg、低碳锰铁332kg、低钛高碳铬铁2134kg、低铝低钛硅铁205kg、低氮增碳剂903kg；渣料石灰410kg、萤石150kg；出钢总时间6min，出钢过程全程底吹氩，吹氩流量为546Nm3/h。
(2)LF处理过程：到精炼第第一个试样主要成分如下：C：0.90％，Si：0.22％，Mn：0.28％，P：0.013％，S：0.007％，Cr：1.15％；精炼座包温度1515℃，通电9min后钢水温度1528℃，补加石灰203kg、萤石299kg、高纯硅160kg、电石100kg、低钛高碳铬铁659kg、低铝低钛硅铁85kg、低碳锰铁118kg、低碳增碳剂10kg；钢水成分C：0.96％，Si：0.28％，Mn：0.34％，P：0.012％，Ti：0.0009％，Cr：1.45％；Al：0.0016％；供电时间41min，冶炼周期75min，成分合格后加入石英砂192kg，变渣时间13min，变渣前后精炼渣成分如表6所示，变渣完成后出钢；在精炼造渣过程，底吹氩流量为386Nm3/h；软吹过程，底吹氩流量为273Nm3/h。
表6变渣前后精炼渣成分(单位：％)
项目 CaO SiO<sub>2</sub> MnO MgO S P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
初渣 59.02 28.33 0.07 6.92 0.26 0.01
终渣 49.01 36.80 0.58 7.09 0.06 0.01
项目 TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> FeO T.Fe R<sub>1</sub>
初渣 0.20 3.63 0.85 0.70 2.08
终渣 0.20 3.98 1.65 0.62 1.33
2、RH精炼工序：RH脱气时间19min，高真空环流时间15min，极限真空度0Pa，提升气流量65Nm3/h，处理结束后钢包添加碳化稻壳覆盖，软吹氩气流量255Nm3/h；软吹时间35min。
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7。
表7夹杂物评级
根据三个实施例的夹杂物评级结果可知，本方法所得轴承钢盘条中Ds类脆性非金属夹杂物含量为0，得到了有效控制。

Claims (5)

1.一种无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法，包括LF精炼工序和RH精炼工序，其特征在于：所述的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：120t顶底复吹转炉，冶炼终点钢水温度大于1600℃；出钢1min后依次加入碳化硅100～120kg/炉、低氮增碳剂、合金低碳锰铁2～2.2kg/t、低铝低钛硅铁1.5～1.7kg/t以及低钛高碳铬铁20～22kg/t以及石灰400～450kg/炉、萤石150～200kg/炉进行顶渣改质，出钢过程全程底吹氩气，吹氩流量为530～550Nm3/h；
所述LF处理过程：精炼前期先将温度升高至1520～1530℃，前期补加石灰200～220kg/炉；渣面脱氧用高纯碳化硅160～180kg/炉脱氧，精炼过程当钢液中各组分的质量含量满足：C：0.85～0.88％，Si：0.16～0.18％，Mn：0.27～0.29％，P≤0.015％，S≤0.01％，Cr：1.0～1.2％，温度为1515～1525℃，精炼渣碱度为1.9～2.3后，补加石英砂200～300kg/炉变渣，变渣前碱度控制在1.7～2.3，变渣时间确保大于10min；终渣碱度控制在1.1～1.6；在精炼造渣过程，底吹氩气流量为380～400Nm3/h；钢液中各组分的质量含量为C：0.85～0.95％，Si：0.08～0.18％，Mn：0.25～0.35％，Cr：1.35～1.45％，温度为1565～1595℃、终碱度为1.3～1.5，出钢；
所述RH精炼工序：RH真空度＜67Pa，提升气体采用Ar气，流量＞65Nm3/h，脱气时间15～20min，高真空环流时间大于12min，环流时间结束出钢渣面加入碳化稻壳软吹，软吹时间≥35min，软吹过程底吹氩气流量为250～280Nm3/h。
2.根据权利要求1所述的无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法，其特征在于：所述出钢合金化到LF处理位预脱氧成渣过程，出钢过程全程底吹氩，吹氩流量为530～550Nm3/h；使用滑板挡渣及挡渣锥双挡防止出钢下渣，转炉出钢时间不得低于5min。
3.根据权利要求1所述的无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法，其特征在于：所述LF处理过程中，用高纯碳化硅170～175kg/炉进行渣面脱氧。
4.根据权利要求1所述的无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法，其特征在于：所述LF处理过程中，LF处理时间35～45min，变渣时间确保大于12min；终渣碱度控制在1.3～1.5，软吹过程，底吹氩流量为250～280Nm3/h。
5.根据权利要求1－4中任意一项所述的无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法，其特征在于：所述RH精炼工序中脱气时间为17～20min。
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