CN111793772B

CN111793772B - 一种高标准轴承钢高效化生产工艺

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Publication number: CN111793772B
Application number: CN202010565839.5A
Authority: CN
Inventors: 徐建飞; 王郢; 王昆鹏; 沈艳; 管挺
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: CN111793772A

Abstract

本发明属于炼钢工艺技术领域，涉及一种高标准轴承钢高效化生产工艺，采用“BOF‑RH‑CC”工艺路线。通过合金熔化炉熔化合金，巧妙的解决出钢过程因加入大量铬铁等合金导致钢水温降大的问题，出钢后钢水可以直接到RH工位进行真空处理，通过取消LF精炼炉，提高了生产效率，避免了精炼渣卷渣问题，同时避免了LF造渣埋弧加热过程导致渣钢反应，使Al₂O₃夹杂物转变为不利于后续控制的钙铝酸盐，夹杂物可以全过程控制为去除效率很高的固态Al₂O₃，RH真空后，Al₂O₃夹杂物被高效化去除，钢水总氧控制到3.0～4.5ppm，同时因实现了钢中Al₂O₃夹杂物控制，钢材B类和Ds类钙铝酸盐夹杂物超标比例大大降低。

Description

一种高标准轴承钢高效化生产工艺

技术领域

本发明属于炼钢工艺技术领域，特别涉及到高标准轴承钢高效化生产工艺。

背景技术

轴承在服役过程中由于承受很高的交变载荷,要求其具有较高的抗接触疲劳。研究结果表明，钢材总氧越低、钢中大尺寸夹杂物数量越少，钢的疲劳寿命越高，因此，轴承钢不仅要追求低的总氧，还要严格控制钢中大尺寸夹杂物。

目前，国内轴承钢生产工艺大体分为两类，一类是采用模铸的方法生产，如中国专利申请号CN201611079071.0“高纯净度轴承钢的冶炼方法”和中国专利申请号CN201710622627.4“一种高速动车组用渗碳轴承钢制造方法”采用“真空感应炉熔炼→浇注电极→电极退火→真空自耗炉重熔→钢锭退火→钢锭锻造”来生产轴承钢，由于这种铸造方式生产效率低，生产成本大，已不能被大部分钢企所接受。另一类是采用连铸的方法生产，目前国内普遍采用“转炉(或电炉)→LF精炼→RH(或VD)真空处理→连铸”工艺生产，例如中国专利申请号CN201811167952.7“一种无Ds类夹杂物的轴承钢钢液深脱氧控制方法”、中国专利申请号CN201410644252.8“一种轴承钢的冶炼工艺、生产方法以及轴承钢”、中国专利申请号CN201710982084.7“一种铁路货车用渗碳轴承钢及其制备方法”和中国专利申请号CN201810909107.6“一种低钛含量轴承钢的制备方法”等均是在此工艺基础上通过对过程参数优化来提高轴承钢质量。虽然轴承钢钢材总氧可以做到5ppm，但是仍然时不时在钢材中检测到大尺寸B类或Ds类钙铝酸盐夹杂物。

影响或制约轴承钢质量提升的一个关键环节在于出钢后钢水进行LF精炼，这是因为①LF处理过程中钢渣混合充分，很容易发生精炼渣卷渣，由于卷入到钢液中的精炼渣很难全部上浮，残留在钢中的精炼渣即可导致钢材大尺寸钙铝酸盐夹杂物超标。②尽管出钢过程采用铝脱氧使得出钢后夹杂物为去除效率很高的固态Al₂O₃，但是钢水在LF处理过程中，由于造渣埋弧加热等操作导致渣钢反应，使Al₂O₃夹杂物很容易转变为不利于后续控制的钙铝酸盐，即便进行真空处理，也不能很好的将其去除，由此增加了钢材中B类或Ds类钙铝酸盐夹杂物超标几率。

尽管采用LF精炼会带来诸多问题，但对于合金量较高的轴承钢，由于转炉出钢温度控制有限，加上出钢过程铬铁加入量大，出钢后钢水温度低，钢水只能到LF炉进行升温和合金化处理，目前包括兴澄特钢在内的钢铁企业均采用这一生产工艺，这一做法不仅降低了轴承钢生产效率，钢的质量也没有得到更好的提升。

鉴于此，本发明在轴承钢现有工艺存在不足基础上，提出了一种高标准轴承钢高效化生产工艺，即采用“BOF-RH-CC”工艺进行轴承钢冶炼，通过采用合金熔化炉加热或熔化铬铁等合金，巧妙的解决出钢过程钢水温降大的问题，使得出钢后钢水可以直接到RH工位进行真空处理，通过取消LF精炼炉，生产效率得到了提高，并避免了精炼渣卷渣问题，同时避免了精炼过程Al₂O₃夹杂物被变性为钙铝酸盐，夹杂物可以全过程控制为去除效率很高的固态Al₂O₃，RH真空处理后，Al₂O₃夹杂物被高效化去除，钢水总氧可以控制到3.0～4.5ppm，同时，由于实现了Al₂O₃夹杂物控制，钢材B类和Ds类钙铝酸盐夹杂物超标比例大大降低。

发明内容

本发明目的是开发一种高标准轴承钢高效化生产工艺，这种工艺在提高生产效率的同时，还可以显著提高钢的质量。

所述钢种质量百分比成分为:C:0.95～1.05％、Si:0.15～0.30％、Mn:0.25～0.40％、P:<0.020％、S:<0.015％、Al:0.01～0.03％、Cr:1.40～1.60，其余为铁和残余元素。

一种高标准轴承钢高效化生产工艺，其特征在于该工艺包含以下几个要点：

(一)转炉采用双渣工艺，转炉吹炼5min进行倒渣操作，倒渣量40～60％，转炉终渣碱度在3.0～3.5，FeO含量在12～18％。转炉终点C含量控制在0.03～0.10％，终点P含量控制在0.015％以下，终点S含量控制在0.008％以内，出钢温度控制在1670～1690℃。出钢先加140kg铝饼进行脱氧。低钛低铝硅铁、高碳锰铁和低钛高碳铬铁预先放在合金熔化炉中加热，加热温度为1400～1600℃，出钢40～60％时将加热好的这些合金通过管道加入到钢水中，然后加入低氮增碳剂，最后加入600kg/炉石灰和100kg/炉萤石进行造渣。转炉出钢后钢水Al含量控制在0.025～0.040％。

(二)RH进站进行测温和取样，然后开始抽真空。RH真空处理过程中根据进站成分化验结果，从真空室料仓向真空室加入碳球、高碳锰铁、低钛高碳铬铁等合金进行成分微调。RH过程不允许加入低钛低铝硅铁合金。RH所有合金加入后进行15～20min高真空(<100Pa)处理，真空处理后软吹时间控制在5～10min。

(三)连铸采用全程保护浇铸，并采用水口吹氩来提高钢水可浇性。

经申请人对钢材中超标夹杂物来源进行研究，发现超标夹杂物几乎全部为钙铝酸盐。通过在LF精炼过程向精炼渣中加入碳酸钡作为示踪剂，发现钢材中约1/3大尺寸夹杂物中含有Ba，说明LF过程精炼渣卷渣是钢材中大尺寸夹杂物一个重要来源，相关研究结果见文献“Application of slag tracers to investigate source of non-metallicinclusions”。此外，通过对不同类型夹杂物在RH过程中的去除效率进行研究，发现固态Al₂O₃夹杂物去除效率要远高于液态钙铝酸盐夹杂物，而在轴承钢常规LF-RH工艺中，尽管LF处理前夹杂物为固态Al₂O₃，但是通过LF处理，Al₂O₃夹杂物很容易向钙铝酸盐转变，一旦钢中夹杂物转变为钙铝酸盐，会降低其在RH真空过程中的去除效率，同时会增加钢材中B类或Ds类钙铝酸盐夹杂物超标几率。基于此，本发明提出取消LF精炼炉，采用“BOF-RH-CC”新工艺进行轴承钢冶炼，避免了精炼渣卷渣问题和Al₂O₃夹杂物被变性为钙铝酸盐问题。由于夹杂物为去除效率很高的固态Al₂O₃，真空处理后大量Al₂O₃夹杂物可以被去除，在提高生产效率的同时，也大大提高了钢的洁净度。

本发明的一种高标准轴承钢高效化生产工艺，步骤(一)中转炉采用双渣工艺，主要是因为转炉出钢温度控制较高，不利于出钢P含量控制，而采用双渣工艺，即转炉吹炼5min倒一次渣，可以解决P含量控制问题。步骤(二)中不允许RH过程加入低钛低铝硅铁合金，这是因为低钛低铝硅铁合金中含有少量金属钙，此类合金若在出钢一次性加入，由于出钢过程钢水氧化性强，合金中金属钙很容易被氧化，不会影响夹杂物成分，但若在RH加入，由于此时钢水还原性强，低钛低铝硅铁合金加入到钢中后很容易导致钢水增钙，从而容易将Al₂O₃夹杂物变性为钙铝酸盐，并由此降低了夹杂物去除效率。步骤(三)采用水口吹氩主要是为了提高钢水可浇性，这是因为固态Al₂O₃夹杂物很容易吸附到水口内壁中。

经生产实践检验，实施本发明方法，可以将成品总氧控制到3.0～4.5ppm，同时，钢材中B类和Ds类夹杂物超标比例大大降低。

本发明的进步效果是：通过采用合金熔化炉熔化铬铁等合金，巧妙的解决出钢过程钢水温降大的问题，使得出钢后钢水不经过LF精炼炉，可以直接到RH进行真空处理，生产效率得到提高的同时，避免了精炼渣卷渣问题，避免了精炼过程Al₂O₃夹杂物被变性为钙铝酸盐，成品总氧可控制到3.0～4.5ppm，钢材B类和Ds夹杂物可以控制在0级，经济效果显著。

附图说明

图1为实施例1RH进站钢中夹杂物分析图；

图2为实施例2RH进站钢中夹杂物分析图；

图3为对比例1RH进站钢中夹杂物分析图。

具体实施方式

采用130吨转炉、130吨RH炉生产GCr15。

实施例1:

成品钢成分C：0.96％、Si:0.22％、Mn:0.35％、P:0.011％、S:0.007％、Al:0.015％,Cr:1.47％。

转炉采用双渣工艺，原料为铁水和废钢，废钢比为15％。转炉吹炼5min进行倒渣操作，转炉终渣碱度为3.2，FeO含量为16％，转炉终点C含量为0.05％，终点P含量为0.011％，终点S控制在0.007％，转炉出钢温度为1668℃。出钢过程加140kg铝饼，然后加入预先加热好的250kg低钛低铝硅铁、400kg高碳锰铁、2800kg低钛高碳铬铁，随后加入1000kg低氮增碳剂，并加入600kg石灰和100kg萤石进行造渣。转炉出钢后钢水温度为1574℃。

RH进站炉渣成分见表1(单位：％)：

表1：

RH进站钢水温度为1557℃，Al含量为0.022％，RH(<100Pa)真空处理5min向真空室加入120kg低钛高碳铬铁、100kg碳球微调Cr和C含量，然后不加任何合金和渣料，所有合金加入后进行16min高真空(<100Pa)处理，真空处理后喂入100m碳线，软吹8min结束。

RH结束钢中夹杂物为Al₂O₃，如图1：

连铸采用全程保护浇铸，采用水口吹氩来提高钢水可浇性。

冶炼过程中钢水总氧变化为:RH进站总氧为18.5ppm、RH破空总氧为3.2ppm，成品总氧为3.5ppm。

夹杂物评级结果:根据用户提出的要求，进行100个金相样检测，采用GB/T10561检验标准，评级结果为钢材B粗:0级、B细:0～0.5级、C:粗0级、C细:0级、D粗:0级、D细:0～0.5级、Ds:0级。

实施例2：

成品钢成分C：0.97％、Si:0.25％、Mn:0.32％、P:0.013％、S:0.008％、Al:0.018％,Cr:1.42％。

转炉采用双渣工艺，原料为铁水和废钢，废钢比为15％。转炉吹炼5min进行倒渣操作，转炉终渣碱度为3.5，FeO含量为14％，转炉终点C含量为0.07％，终点P含量为0.013％，终点S控制在0.008％，转炉出钢温度为1689℃。出钢过程加140kg铝饼，然后加入预先加热好的250kg低钛低铝硅铁、400kg高碳锰铁、2800kg低钛高碳铬铁，随后加入1000kg低氮增碳剂，并加入600kg石灰和100kg萤石进行造渣。转炉出钢后钢水温度为1583℃。

RH进站炉渣成分见表2(单位：％)：

表2：

RH进站钢水温度为1561℃，Al含量为0.026％，RH(<100Pa)真空处理7min向真空室加入80kg低钛高碳铬铁、120kg碳球微调、50kg高碳锰铁调整Cr、C和Mn含量，然后不加任何合金和渣料，所有合金加入后进行19min高真空(<100Pa)处理，真空处理后不做任何操作，软吹9min即将钢水吊至连铸平台。

RH结束钢中夹杂物为Al₂O₃，如图2：

连铸采用全程保护浇铸，采用水口吹氩来提高钢水可浇性。

冶炼过程中钢水总氧变化为:RH进站总氧为16.5ppm、RH破空总氧为3.8ppm，成品总氧为4.2ppm。

夹杂物评级结果:根据用户提出的要求，进行100个金相样检测，采用GB/T10561检验标准，评级结果为钢材B粗:0级、B细:0～0.5级、C粗:0级、C细:0级、D粗:0级、D细:0～0.5级、Ds:0～0.5级。

对比例1:

采用130吨转炉、130吨LF炉、130吨RH炉生产GCr15。

成品钢成分C：0.96％、Si:0.23％、Mn:0.35％、P:0.010％、S:0.004％、Al:0.021％、Cr:1.44％。

转炉采用单渣工艺，原料为铁水和废钢，废钢比为15％。转炉终渣碱度为2.95，FeO含量为15％，转炉终点C含量为0.10％，终点P含量为0.010％，终点S控制在0.021％，转炉出钢温度为1644℃。出钢过程加120kg铝饼、200kg低钛低铝硅铁、350kg高碳锰铁、2300kg低钛高碳铬铁，随后加入900kg低氮增碳剂，并加入600kg石灰和100kg萤石进行造渣。转炉出钢后钢水温度为1512℃。

LF进站温度1485℃，LF前25min只对钢水进行升温，升温至1568℃进行钢水取样，取样后7min成分检测结果反馈到主控室，然后加入50kg铝粒、70kg高碳锰铁和80kg低氮增碳剂。LF末期补加20kg铝粒。

RH进站炉渣成分见表3(单位：％)：

表3：

RH进站钢水温度为1561℃，Al含量为0.029％，RH真空处理不加任何合金和渣料，真空总处理时间控制在28min，真空处理后软吹8min即将钢包吊至连铸平台。

RH结束钢中夹杂物为钙铝酸盐，如图3：

连铸采用全程保护浇铸，采用水口吹氩来提高钢水可浇性。

冶炼过程中钢水总氧变化为:LF进站总氧为17.5ppm、RH进站总氧为12.3ppm、RH破空总氧为6.1ppm，成品总氧为6.4ppm。

夹杂物评级结果:根据用户提出的要求，进行100个金相样检测，采用GB/T10561检验标准，评级结果为钢材B粗:0～1.5级、B细:0～3.0级、C粗:0级、C细:0级、D粗:0～0.5级、D细:0～0.5级、Ds:0～2.5级。

Claims

1.一种高标准轴承钢高效化生产工艺，其特征在于，采用“BOF-RH-CC”工艺进行轴承钢冶炼，包括以下步骤：

（1）转炉采用双渣工艺，转炉终点温度控制在1670~1690℃，终点P含量控制在0.015%以下，终点S控制在0.008%以下；

（2）出钢25~30%加入铝饼进行脱氧，低钛低铝硅铁、高碳锰铁和低钛高碳铬铁预先放到合金熔化炉中进行加热，加热温度为1400~1600℃，出钢40~60%时将加热好的合金通过管道加入到钢水中，然后加入低氮增碳剂和渣料；转炉出钢后钢水直接到RH工位进行真空处理，不允许钢水先进行LF精炼；低钛低铝硅铁合金全部在步骤（2）出钢过程加入，禁止在RH补加低钛低铝硅铁合金；

（3）RH进站时钢水温度控制在1560~1580℃，RH真空处理过程中根据进站成分化验结果，从真空室料仓向真空室加入碳球、高碳锰铁、低钛高碳铬铁合金进行成分微调，所有合金加入后进行15~20min的高真空处理，真空处理后不允许钙处理，软吹时间控制在5~10min；

（4）连铸采用全程保护浇铸。

2.根据权利要求1所述的高标准轴承钢高效化生产工艺，其特征在于：所述的轴承钢成分为：C: 0.95~1.05%、Si: 0.15~0.30%、Mn: 0.25~0.40%、P: <0.020%、S: <0.015%、Al:0.01~0.03%、Cr: 1.40~1.60，其余为铁和残余元素。

3.根据权利要求1所述的高标准轴承钢高效化生产工艺，其特征在于：步骤（1）转炉终渣碱度在3.0~3.5，转炉终点C含量控制在0.03~0.10%。

4.根据权利要求1所述的高标准轴承钢高效化生产工艺，其特征在于：所述步骤（4）采用水口吹氩来提高钢水可浇性。