CN112680666A - 一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及到一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr，钢水成分按质量百分比计控制为C：0.55～0.57％、Si：0.25～0.29％、Mn：0.78～0.82％、Cr：0.15～0.18％、Alt：0.015～0.040％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Mo：≤0.03％、Cu：≤0.05％、Ni：≤0.05％、O：≤0.0010％、Ti：≤0.0014％、V：≤00.02％、Zr：≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。通过合理选择工艺路线及原材料、优化的成分设计及过程工艺参数控制，使该轿车轮毂轴承钢具有较低的氧、钛、钙含量，钢质纯净，并具有稳定的淬透性。

Description

一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr及其制备方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及到一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr及其制备方法。

背景技术

汽车轮毂轴承是应用于汽车轮轴处用来承重和为轮毂的转动提供精确引导的核心零部件。在汽车行驶过程中，汽车轮毂轴承既承受径向力，又承受轴向力，同时高速运转，是汽车驱动结构中的关键零部件之一，也是关系到汽车行驶安全的零部件之一。汽车轮毂轴承共分为1代产品、2代产品和3代产品，1代产品材质为GCr15，结构简单；2代产品轴套材质为SAE1055，滚动体为GCr15，结构稍复杂，在轴承外部加入传感器；3代产品材质为SAE1055，结构最复杂，将多种传感器整合到轴承中，将会成为主流和趋势。国内目前生产汽车轮毂轴承单元的生产企业数量繁多，规模较大的国内汽车轮毂轴承单元生产企业利用自身的规模优势，进行大批量、规模化的轮毂轴承单元的生产，主要供应主机厂。而规模相对较小的轮毂轴承单元生产企业则专注于小批量、多品种的售后市场，根据现有市场的成熟车型并根据售后服务企业的需求进行相对应品种轮毂轴承单元的生产。2018年全国乘用车产量为2352.9万辆，保有量达2.01亿辆，乘用车主机厂轮毂轴承单元需求量9411.6万套，售后市场汽车轮毂轴承单元需求量1.34亿套，市场前景广阔。根据轮毂轴承的使用条件，轮毂轴承用钢必须具备高的疲劳强度、弹性强度、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度，一定的抗腐蚀能力。此外，轮毂轴承套圈生产时要进行淬火处理，因此钢材需要具有一定的淬透性。由于是轴承钢，对氧、钛、钙及微量有害元素要求较严，需要具有一定的纯净度，以保证轴承具有较高的疲劳寿命。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr，钢水成分按质量百分比为，C：0.55～0.57％、Si：0.25～0.29％、Mn：0.78～0.82％、Cr：0.15～0.18％、Alt：0.015～0.040％、P：≤0.015％、S：≤00.010％、Mo：≤00.03％、Cu：≤00.05％、Ni：≤00.05％、O：≤00.0010％、Ti：≤00.0014％、V：≤00.02％、Zr：≤00.02％，余量为铁和不可避免的杂质。

根据发明的另一方面还提供了一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr的制备方法：

步骤1：EBT电炉冶炼

废钢加铁水作为炉料采用氧气氧化，自动流渣工艺氧化温度1565～1585℃，脱碳重量≥0.30％；出钢要求C为0.10～0.40％，P≤0.010％，其它残余元素合格，出钢温度1640～1680℃，出钢时加入预脱氧剂、低钛增碳剂、铁合金、渣料；

步骤2：LF精炼

进站后吹氩3min后测温取样，进行造渣操作，渣白后温度达到1550～1590℃，取一次样；全分析后继续扩散脱氧，保持还原气氛至吊包，白渣保持时间不少于20min，全程控制氩气压力0.2～0.4MPa，LF终点成分按质量百分比计控制为C：0.535～0.55％、Si：0.23～0.26％、Mn：0.78～0.82％、Cr：0.15～0.18％、Alt：0.04～0.06％、P：≤0.015％、S：≤0.010％；

步骤3：VD精炼

入VD温度1610～1650℃，入VD前要将Al调整到0.025～0.035％，真空度小于100Pa，保持时间≥20min；复压后静吹氩时间≥25min，氩气压力0.1～0.3MPa，以保证钢液不裸露，液面微动防止二次氧化。连一吊包温度控制在1563～1573℃，连二至最后一炉吊包温度控制在1536～1546℃；从而保证中包连一过热度25～35℃，其它炉次过热度15～25℃，提高铸坯心部质量，减少偏析；

步骤4、连铸

大包平台第一炉温度1556～1566℃、连浇1529～1539℃，中间包温度1496～1506℃，拉速0.80m/min，二冷水比水量0.30L/kg，采用结晶器电磁搅拌，铸坯热送或保温，保温时间≥16h；

步骤5、加热轧制

加热采用蓄热式步进梁加热炉加热，加热温度1210℃，均热时间98min，总加热时间240～280分钟，出炉温度1170～1190℃；

轧制采用的是Φ800mm初轧机开坯，Φ650mm精轧机组轧制；其中开轧温度1050℃～1150℃，终轧温度850～980℃，轧后钢材上冷床后要快速收集，保证打捆温度≥300℃，入保温坑保温时间≥24h，保温坑要保证红钢垫底。

进一步的，冶炼全过程排除使用钙或钙合金作脱氧剂，使用低钛铁水和低钛废钢，出钢过程使用低钛合金进行合金化，用非含钛钢种洗钢包2次后使用，第二次使用低钛造渣材料洗包。

进一步的，LF精炼中，第一批闭炉门通电10min,加入扩散脱氧剂硅铁粉1～3kg/t进行扩散脱氧，第二次通电8min，并分批加入硅铁粉，总加入量2～4kg/t。

进一步的，LF精炼中，脱氧后按控制成分目标加入烘烤的低钛高铬、中锰、低碳硅铁合金，将成分调整到目标。

进一步的，步骤1中，基于出钢温度1640～1680℃，在出钢1/4～1/3时加入预脱氧剂、低钛增碳剂、铁合金、渣料。加入时机过晚，影响渣料及合金的熔化，使渣料或合金结块，导致脱氧反应不完全，成分不均匀。

进一步的，结晶器电磁搅拌，电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz，该电磁搅拌参数能够提高铸坯心部致密度，减少枝晶偏析。

本发明的优势在于提供了一种轿车轮毂用轴承钢HZ55Cr，通过合理选择工艺路线及原材料、优化的成分设计及过程工艺参数控制，使该轿车轮毂轴承钢具有较低的氧、钛、钙含量，钢质纯净，并具有稳定的淬透性；钛含量达到了10ppm以内、氧含量达到6ppm以内，完全满足轿车轮毂轴承用钢高的疲劳强度、弹性强度、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度等一系列要求，产品质量稳定。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在炼钢过程中，本领域技术人员常规逻辑认为使用低钛材料的使用会达到超低钛的目标，但在实际生过程中发现仅仅使用低钛材料远远达不到超低钛目标，需要匹配特定的生产工艺。出钢过程中，先合金化后脱氧，利用钢中的氧将合金中的钛氧化去除，常规脱氧采用强脱氧剂铝进行。但是发明人在偶然中，基于本方案所采用钢铁料及合金，打破常规的强脱氧剂，选择硅铁粉若脱氧，避免了渣料中二氧化钛的还原，意外获得降低钛的技术效果。

实施例1：

发明提供了一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr，钢水成分按质量百分比计控制为C：0.55～0.57％、Si：0.25～0.29％、Mn：0.78～0.82％、Cr：0.15～0.18％、Alt：0.015～0.040％、P：≤0.015％、S：≤00.010％、Mo：≤00.03％、Cu：≤00.05％、Ni：≤00.05％、O：≤00.0010％、Ti：≤00.0014％、V：≤00.02％、Zr：≤00.02％，余量为铁和不可避免的杂质。

该轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr的制备方法如下：

1)EBT电炉冶炼

钢铁料为34.6t铁水，配加18.8t精料废钢；通电造渣，多批次小批量加入石灰和白云石造渣脱磷，通过炉门氧枪和炉壁超音速氧枪向钢水中吹入氧气脱C，并向炉内喷吹发泡剂，使钢液激烈沸腾、炉门自动流渣，氧化期温度1570℃，脱碳重量≥0.30％，主要是为了保证脱磷效果，使钢液具有较低的磷含量。常规要求氧化温度1585～1595℃，脱碳重量≥0.20％，降低氧化温度及提高脱碳重量是为了更好的脱磷去夹杂，保证钢水具有更高的纯净度。

为了保证精炼前具有较高的温度，保证精炼前期渣料熔化，以便快速成渣，为脱氧去夹杂创造有利条件。出钢时C为0.15％，P为0.004％，其它残余元素合格，温度1670℃，出钢1/4时按顺序加入预脱氧剂(低碳硅铁50kg)、低钛增碳剂(150kg)、铁合金(高锰400kg)、渣料(活性石灰400kg、氧化铝粉150kg)。

2)LF精炼

到站吹氩3min后，测温取样，然后喂入Al线100米，将钢中Al调整到0.035％，LF全过程控制Al≤0.050％，加入造渣材料(石灰、萤石、电石等)进行造渣操作，第一次通电造渣10min，并分批加入扩散脱氧剂硅铁粉100kg进行扩散脱氧，采用硅铁粉进行扩散脱氧是为了控制脱氧强度，减少钛氧化物的还原，保证最终产品具有较低的钛含量，减少钢中氮化钛夹杂，传统工艺采用铝脱氧，造成渣中二氧化钛大量还原进入钢中，导致钢中氮化钛夹杂增加，大大降低轴承使用寿命。第二次通电8min，并分批加入硅铁粉80kg，渣白后测温取一次样，精炼全过程严禁使用含Ca脱氧剂，钙的氧化物是D类点状不变形夹杂的构成物，降低钢材的疲劳寿命，因此不能像传统工艺为了保证钢水可浇性而进行钙处理；精炼全过程严禁使用含硅钙粉、硅钙线等含Ca脱氧剂。一次样全分析后，继续扩散脱氧，保持白渣状态至吊包，保持时间25min。脱氧良好后按控制成分目标加入烘烤的低钛高铬、中锰、低碳硅铁等合金，将成分调整到目标。全程控制氩气压力0.2～0.4MPa，以渣面波动，钢水不裸露为准，防止钢水裸露造成二次氧化。LF终点成分按质量百分比计控制为C：0.54％、Si：0.24％、Mn：0.79％、Cr：0.16％、Alt：0.05％、P：0.008％、S：0.002％。吊包温度1683℃。

3)VD脱气处理

入VD温度1642℃，Al含量0.032％。真空度达到100Pa以下，保持时间20min。复压后静吹氩时间35min，氩气压力0.22MPa，渣面微动，钢水不裸露，防止二次氧化。吊包温度1568℃；

4)连铸

大包平台温度1560℃，中间包温度1504℃、1501℃、1501℃，拉速0.80m/min，二冷水比水量0.30L/kg，结晶器电磁搅拌电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz。严格执行全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用专用中碳钢保护渣。成品成分：C：0.57％、Si：0.28％、Mn：0.79％、Cr：0.16％、Alt：0.028％、P：0.008％、S：0.002％、Mo：0.01％、Cu：0.01％、Ni：0.01％、O：0.0005％、Ti：0.0008％、V：0.02％、Zr：0.02％、Ca:0.0005％。

5)加热轧制

加热采用蓄热式步进梁加热炉加热，加热温度1210℃，均热时间98min，总加热时间267min，出炉温度1180℃。

轧制采用的是Φ800mm初轧机开坯，Φ650mm精轧机组轧制。其中开轧温度1120℃，终轧温度950℃，轧后打捆温度320℃，保温时间28h。

5)产品性能

项目	R<sub>eL</sub><sup>a</sup>/MPa	R<sub>m</sub>/MPa	A/％	DI值/mm
					标准要求	380	645	14	35～46
实际检验	446	802	21.5	42.7

产品非金属夹杂物：A(细)1.0级、A(粗)0.5级；B(细)1.0级、B(粗)0.5级；C(细)0级、C(粗)0级；D(细)0.5级、D(粗)0级；DS≤0级，具有较高的纯净度。

对比例：

与本发明不同的常规方法冶炼HZ55Cr的成分为C：0.53～0.58％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.70～0.90％、Cr：0.12～0.20％、Alt：0.010～0.050％、P：≤0.025％、S：≤0.020％、Cu：≤0.25％、Ni：≤0.25％、O：≤0.0012％、Ti：≤0.0050％，余量为铁和不可避免的杂质。

实际生产步骤如下：

1)EBT电炉冶炼

钢铁料为100％废钢；通电造渣，多批次小批量加入石灰和白云石造渣脱磷，通过炉门氧枪和炉壁超音速氧枪向钢水中吹入氧气脱C，并向炉内喷吹发泡剂，使钢液激烈沸腾、炉门自动流渣，氧化期温度1590℃，出钢时C为0.05％，P为0.020％，其它残余元素合格，温度1660℃，出钢时按顺序加入预脱氧剂(铝铁2kg/t)、焦丁(4kg/t)、铁合金(硅锰6kg/t)、渣料(活性石灰300kg、氧化铝粉120kg)。

2)LF精炼

到站吹氩3min后，测温取样，然后喂入Al线100米，将钢中Al调整到0.035％，LF全过程控制Al≤0.050％，加入造渣材料(石灰、萤石、电石等)进行造渣操作，第一次通电造渣10min，并分批加入铝粉60kg进行扩散脱氧，第二次通电8min，并分批加入铝粉40kg，渣白后测温取一次样。一次样全分析后，继续扩散脱氧，保持白渣状态至吊包，保持时间15min。脱氧良好后按控制成分目标加入烘烤的普通高碳铬铁、硅锰、普通硅铁等合金，将成分调整到目标。全程控制氩气压力0.2～0.4MPa，以渣面波动，钢水不裸露为准，防止钢水裸露造成二次氧化。LF终点成分按质量百分比计控制为C：0.55％、Si：0.25％、Mn：0.75％、Cr：0.13％、Alt：0.03％、P：0.021％、S：0.010％。吊包温度1679℃。

3)VD脱气处理

入VD温度1665℃，Al含量0.028％。真空度达到100Pa以下，保持时间15min。复压后喂入100m硅钙线进行钙处理，静吹氩时间20min，氩气压力0.28MPa，渣面微动，钢水不裸露，防止二次氧化。吊包温度1565℃；

4)连铸

大包平台温度1558℃，中间包温度1512℃、1510℃、1504℃，拉速0.80m/min，二冷水比水量0.30L/kg，结晶器电磁搅拌电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz。严格执行全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用专用中碳钢保护渣。成品成分：C：0.56％、Si：0.26％、Mn：0.75％、Cr：0.13％、Alt：0.022％、P：0.021％、S：0.009％、Mo：0.03％、Cu：0.04％、Ni：0.04％、O：0.0015％、Ti：0.0032％、V：0.01％、Zr：0.01％、Ca:0.0028％。

5)加热轧制

加热采用蓄热式步进梁加热炉加热，加热温度1200℃，均热时间110min，总加热时间267min。出炉温度1180℃

轧制采用的是Φ800mm初轧机开坯，Φ650mm精轧机组轧制。其中开轧温度1120℃，终轧温度950℃，轧后打捆温度320℃，保温时间28h。

5)产品性能

项目	R<sub>eL</sub><sup>a</sup>/MPa	R<sub>m</sub>/MPa	A/％	DI值/mm
					标准要求	380	645	14	35～46
实际检验	420	750	16	39.7

产品夹杂物：A(细)2.5级、A(粗)2.0级；B(细)2.0级、B(粗)1.5级；C(细)1.5级、C(粗)1.0级；D(细)1.5级、D(粗)1.0级；DS≤1.0级，从夹杂物级别看纯净度较差。

从比较例看，虽然力学性能满足标准要求，但化学成分中残余元素Ni、Mo、Cu含量较高，氧、钛、钙含量严重超标，夹杂物级别也较高，大大降低钢材的纯净度，严重影响轴承的使用寿命，不能满足高端轿车轮毂轴承用钢高的疲劳强度、高弹性强度、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度等一系列要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr，其特征在于：钢水成分按质量百分比为，C：0.55～0.57％、Si：0.25～0.29％、Mn：0.78～0.82％、Cr：0.15～0.18％、Alt：0.015～0.040％、P：≤0.015％、S：≤00.010％、Mo：≤00.03％、Cu：≤00.05％、Ni：≤00.05％、O：≤00.0010％、Ti：≤00.0014％、V：≤00.02％、Zr：≤00.02％，余量为铁及不可避免的杂质。

2.一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr的制备方法，其特征在于：

步骤1：废钢加铁水作为炉料采用氧气氧化，自动流渣工艺氧化温度1565～1585℃，脱碳重量≥0.30％；出钢要求C为0.10～0.40％，P≤0.010％，其它残余元素合格，出钢温度1640～1680℃，出钢时加入预脱氧剂、低钛增碳剂、铁合金、渣料；

步骤2：进站后吹氩3min后测温取样，进行造渣操作，渣白后温度达到1550～1590℃，取一次样；全分析后继续扩散脱氧，保持还原气氛至吊包，白渣保持时间不少于20min，全程控制氩气压力0.2～0.4MPa，LF终点成分按质量百分比计控制为C：0.535～0.55％、Si：0.23～0.26％、Mn：0.78～0.82％、Cr：0.15～0.18％、Alt：0.04～0.06％、P：≤0.015％、S：≤0.010％；

步骤3：入VD温度1610～1650℃，入VD前要将Al调整到0.025～0.035％，真空度小于100Pa，保持时间≥20min；复压后静吹氩时间≥25min，氩气压力0.1～0.3MPa，液面微动；连一吊包温度控制在1563～1573℃，连二至最后一炉吊包温度控制在1536～1546℃；中包连一过热度25～35℃，其它炉次过热度15～25℃；

步骤4：大包平台第一炉温度1556～1566℃、连浇1529～1539℃，中间包温度1496～1506℃，拉速0.80m/min，二冷水比水量0.30L/kg，采用结晶器电磁搅拌，铸坯热送或保温，保温时间≥16h；

步骤5：加热采用蓄热式步进梁加热炉加热，加热温度1210℃，均热时间98min，总加热时间240～280分钟，出炉温度1170～1190℃；

步骤6：轧制采用的是Φ800mm初轧机开坯，Φ650mm精轧机组轧制；其中开轧温度1050℃～1150℃，终轧温度850～980℃，打捆温度≥300℃，入保温坑保温时间≥24h。

3.如权利要求2所述的一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr的制备方法，其特征在于：冶炼全过程排除使用钙或钙合金作脱氧剂，使用低钛铁水和低钛废钢，出钢过程使用低钛合金进行合金化，用非含钛钢种洗钢包2次后使用，第二次使用低钛造渣材料洗包。

4.如权利要求2所述的一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr的制备方法，其特征在于：LF精炼中，第一批闭炉门通电10min,加入扩散脱氧剂硅铁粉1～3kg/t进行扩散脱氧，第二次通电8min，并分批加入硅铁粉，总加入量2～4kg/t。

5.如权利要求2所述的一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr的制备方法，其特征在于：LF精炼中，脱氧后按控制成分目标加入烘烤的低钛高铬、中锰、低碳硅铁合金，成分调整到目标。

6.如权利要求2所述的一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr的制备方法，其特征在于：步骤1中，基于出钢温度1640～1680℃，在出钢1/4～1/3时加入预脱氧剂、低钛增碳剂、铁合金、渣料。

7.如权利要求2所述的一种超低钛轿车轮毂轴承用钢HZ55Cr的制备方法，其特征在于：结晶器电磁搅拌，电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz。