CN113073269A - 一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，属于金属冶炼技术领域；本发明将中碳铬铁、金属钼、工业纯铁作为原料加入至中频炉中进行冶炼，且在冶炼过程中加入金属硅进行合金化；冶炼后出钢，并在LF炉中进行精炼，且在精炼过程中加入碳粉进行脱氧；精炼后对钢液进行镇静处理，最后进行模铸获得母材，整个冶炼过程使母材中的氧含量大大降低，且在整个冶炼过程严格控制钢中的A1的含量，有效的降低钢液中被铝固定的氧，从而为母材制备含氧量低的高碳铬不锈轴承钢作准备。
Description
技术领域
本发明属涉及金属冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺。
背景技术
由于钢种具有耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性而被称为不锈钢，高碳铬不锈轴承钢作为不锈钢的一种，其主要是用来制造滚珠、滚柱以及轴承套圈，因而需要高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限，此外，由于轴承大多数应用在较为精准的设备中，因而在生产过程中，对于高碳铬不锈轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格。
为了提高轴承的疲劳寿命，降低高碳铬不锈轴承钢的全氧含量至关重要。现有技术中，为了降低氧的含量，往往选择纯金属料作为原料，虽然，纯金属中的氧含量较低，但是在后续冶炼过程中带入钢中的氧含量也在100ppm以上，因而对于目前高端的市场而言，其高碳铬不锈轴承钢已经无法满足，因而，需进一步改进。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
本发明的目的在于针对现有技术中高碳铬不锈轴承钢生产时带入钢中氧含量较高的问题，提供一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺；本发明的原料采用中碳铬铁、金属钼、工业纯铁，通过对原料进行中频炉冶炼、LF炉精炼、镇静处理以及模铸从而获得所需母材，使得母材中的氧含量大大降低，且在整个冶炼过程严格控制钢中的A1的含量，有效的降低钢液中被铝固定的氧，从而为母材制备含氧量低的高碳铬不锈轴承钢作准备。
2、技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其过程为：将中碳铬铁、金属钼、工业纯铁作为原料加入至中频炉中进行冶炼，且在冶炼过程中加入金属硅进行合金化；冶炼后出钢，并在LF炉中进行精炼，且在精炼过程中加入碳粉进行脱氧；精炼后对钢液进行镇静处理，最后进行模铸。
作为本发明的更进一步改进，在中频炉冶炼原料的过程中，加入酸性氧化渣，所述酸性氧化渣的成分为FeO 30-35％；SiO2 35-40％；CaO 30-35％，且酸性氧化渣的加入时间为原料的熔化过程。
作为本发明的更进一步改进，当中频炉中的原料完全熔化后，将酸性氧化渣全部扒除，并向钢液中加入弱酸性合成渣，所述弱酸性合成渣的成分为SiO2 40-50％；CaO 30-40％；CaF2 15-25％；然后向钢液中加入金属硅，对其进行合金化处理。
作为本发明的更进一步改进，当中频炉中完成合金化后，其钢液成分为：C1.15％-1.20％，Cr 18.0％-18.5％，Mo 0.5％-0.6％，Si 0.40％-0.60％，P≤0.02％，S≤0.02％，Al≤0.002％。
作为本发明的更进一步改进，合金化完成后，将弱酸性合成渣全部扒除，进行出钢，且在出钢过程中加入强碱性合成渣。
作为本发明的更进一步改进，所述强碱性合成渣的组分为：CaO 65-70％，SiO2 5-10％，CaF2 20-25％。
作为本发明的更进一步改进，在整个中频炉冶炼过程中，其中频炉的炉衬为酸洗炉衬。
作为本发明的更进一步改进，在LF炉中，其碳粉的加入量为1.5kg/t钢，且控制精炼温度为1600℃～1620℃，精炼时间不小于50分钟。
作为本发明的更进一步改进，LF精炼完成后，其钢液成分为：C 1.10％-1.15％，Cr17.5％-18.0％，Mo 0.5％-0.6％，Si 0.40％-0.50％，P≤0.02％，S≤0.001％，Al≤0.002％。
作为本发明的更进一步改进，对钢液进行镇静处理的过程中，将底吹氩气关闭；当温度达到1530℃-1550℃时进行模铸。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其原料采用中碳铬铁、金属钼、工业纯铁，通过对原料进行中频炉冶炼、LF炉精炼、镇静处理以及模铸从而获得所需母材，使得母材中的氧含量大大降低，且在整个冶炼过程严格控制钢中的A1的含量，有效的降低钢液中被铝固定的氧，从而为母材制备含氧量低的高碳铬不锈轴承钢作准备；
(2)一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其原料虽然采用中碳铬铁、金属钼、工业纯铁，但是其本身不可避免的会存在杂质铝，为了将杂质铝脱除，在中频炉冶炼的过程中，加入酸性氧化渣，且酸性氧化渣中含有30％-35％的FeO，通过FeO将铝氧化，使得氧化后的铝进入渣中，从而将铝除去；
(3)一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，通过控制酸性氧化渣的加入时间，在保证将钢中杂质铝尽可能除去的同时，避免钢中其它有价金属发生氧化而造成合金损失；此外，当酸性氧化渣全部扒除后，向钢液中加入弱酸性合成渣，且弱酸性合成渣中并未含有FeO，从而避免钢液与空气相接触而造成钢液污染；
(4)一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，为了进一步改善钢的质量，降低钢中的杂质含量，将钢液在LF炉中进行精炼，脱除钢液中的氧和硫，且在中频炉钢液出钢之前将弱酸性酸性合成渣全部扒除，并加入强碱性合成渣，保证脱氧脱硫的顺利进行；
(5)一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，在整个中频炉冶炼过程中，其中频炉的炉衬采用酸洗炉衬，能够有效的减少钢液中气体含量的增加；如果采用碱性炉衬，极容易使得钢液中的气体含量增加，从而降低母材的纯净度；
(6)一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，在LF精炼的过程中，为了进一步将钢中的氧进行脱除，只向钢液中添加碳粉，通过碳粉进行脱氧，且整个过程中并未添加其他合金元素改善钢液，因而不会向钢液中引入其他杂质，有效保证后期所制得母材的纯净度；
(7)一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，经过LF精炼后的钢液对其进行镇静处理，使得钢中的夹杂物上浮，从而进一步的降低钢中夹杂物的含量，保证母材的纯净度。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。
实施例
本实施例的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其其过程为：
将原料中碳铬铁、金属钼、工业纯铁加入中频炉中，通过中频炉对原料进行熔化冶炼。
具体的，本实施例的原料按中碳铬铁为260份、金属钼6份、工业纯铁734份进行添加，当中频炉内的原料在熔化过程中，向渣面加入酸性氧化渣，所述酸性氧化渣的成分为：FeO 30％-35％；SiO2 35％-40％；CaO 30％-35％，由于酸性氧化渣中含有一定量的FeO，通过FeO 将钢液中的铝氧化除去，从而降低钢液中的铝含量。
值得说明的是，虽然采用中碳铬铁、金属钼、工业纯铁作为原料，但是其本身不可避免的会存在杂质铝，为了将这一部分的杂质铝脱除，在中频炉冶炼的过程中，加入酸性氧化渣，且酸性氧化渣中含有30％-35％的FeO，通过FeO将铝氧化，使得氧化后的铝进入渣中，从而将铝除去。
值得注意的是，由于酸性氧化渣中存在FeO，当将铝氧化除去后，FeO会继续氧化其它有价元素而造成合金损失，从而影响不锈轴承钢的质量，因此，当中频炉中的原料熔化完成后，将酸性氧化渣全部扒除，通过控制酸性氧化渣的存在时间，在保证将钢中杂质铝尽可能除去的同时，避免钢中其它有价金属发生氧化而造成合金损失。
当酸性氧化渣全部扒除后，向钢液中加入弱酸性合成渣，通过弱酸性合成渣对钢液进行保护，避免钢液裸露于空气中而造成钢液污染。
本实施例中的弱酸性合成渣成分为SiO2 40-50％；CaO 30-40％；CaF2 15-25％，由于弱酸性合成渣中并未含有FeO，从而避免钢液与空气相接触而造成钢液污染。
之后，为了提高不锈轴承钢的性能，添加5份金属硅进行合金化。合金化完成后，其钢液的成分为：C 1.15-1.20％，Cr 18.0-18.5％，Mo 0.5-0.6％，Si 0.40-0.60％，P≤0.02％，S≤0.02％，Al≤0.002％；
当合金化完成后，将弱酸性酸性合成渣全部扒除，进行出钢；且出钢过程加入强碱性合成渣；所述强碱性合成渣组成如下：CaO 65-70％，SiO2 5-10％，CaF2 20-25％。本实施例采用强碱性合成渣是为了便于对位于LF炉中的钢液进行脱氧、脱硫，从而提高钢液的纯净度，即为下一步精炼做准备。
值得说明的是，本实施例中虽然在LF炉中采用强碱性合成渣，但是本实施例中钢液在LF精炼时间远小于中频炉熔炼时间，因而对钢液增加气体含量(主要是氢)影响比较小，且后续进行真空感应熔炼，能够有效的将氢除去，从而保证不锈轴承钢的纯净度。
在整个中频炉冶炼过程中，其炉衬采用酸洗炉衬，能够有效的减少钢液中气体含量的增加；如果采用碱性炉衬，极容易使得钢液中的气体含量增加，从而降低母材的纯净度，因而会影响后续产品的质量。
为了进一步改善钢的质量，降低钢中的杂质含量，出钢完成后转入LF炉进行精炼，脱除钢液中的氧和硫；且在精炼过程不添加合金料，渣面加入碳粉，按照吨钢1.5kg/t加入；其精炼温度1600℃～1620℃；底吹气量满足搅拌气眼直径小于100mm；控制精炼时间不小于50min。在LF炉精炼过程中只添加碳粉进行脱氧，并未添加其他合金元素改善钢液，因而不会向钢液中引入其他杂质而造成钢液污染，从而提高母材的纯净度。
LF炉精炼完成后，其钢液中的成分如下：C 1.10-1.15％，Cr 17.5-18.0％，Mo0.5-0.6％，Si 0.40-0.50％，P≤0.02％，S≤0.001％，Al≤0.002％。
之后，对钢液进行镇静处理，期间底吹氩气关闭；即将钢包放置好，等待钢中的夹杂物上浮，此时钢包底部的吹氩口关闭，从而尽可能的让夹杂物上浮，进一步的降低钢中夹杂物的含量，保证母材的纯净度。
当钢液的温度降至1530℃-1550℃时，进行吊包、模铸，获得母材。
本实施例通过对原料进行中频炉冶炼、LF炉精炼、镇静处理以及模铸从而获得所需母材，使得母材中的氧含量大大降低，且在整个冶炼过程严格控制钢中的A1的含量，有效的降低钢液中被铝固定的氧，从而为母材制备含氧量低的高碳铬不锈轴承钢作准备。
本实施例按照上述过程进行三次试验，具体如下：
试验一：原料按中碳铬铁为260份、金属钼6份、工业纯铁734份加入中频炉中，通过中频炉对原料进行熔化冶炼。
原料在熔化过程中，加入酸性氧化渣，该酸性氧化渣含有FeO 33％；SiO2 36％；CaO 31％。当中频炉中的原料熔化完成后，将酸性氧化渣全部扒除，并向钢液中加入弱酸性合成渣，所述弱酸性合成渣成分为SiO2 47％；CaO 36％；CaF2 17％。
之后，向钢液中添加5份金属硅进行合金化，合金化完成后，其钢液的成分为：C1.20％，Cr 18.3％，Mo 0.58％，Si 0.45％，P 0.02％，S 0.017％，Al 0.0017％。
当合金化完成后，将弱酸性酸性合成渣全部扒除，进行出钢；且在出钢过程中加入强碱性合成渣；所述强碱性合成渣组成为CaO 69％，SiO2 10％，CaF2 21％。
出钢完成后转入LF炉进行精炼，脱除钢液中的氧和硫；且在精炼过程按照吨钢1.5kg/t加入碳粉，精炼温度控制在1600℃，精炼时间为80min。LF炉精炼完成后，其钢液中的成分如下：C 1.14％，Cr 17.7％，Mo 0.56％，Si 0.44％，P 0.018％，S 0.0008％，Al≤0.0016％。
之后，对钢液进行镇静处理，期间底吹氩气关闭，当钢液的温度降至1530℃时，进行吊包、模铸，获得母材。
在整个冶炼过程中，采用中频炉冶炼完成后，其钢水中氧含量为94ppm；出钢转入LF后，其钢水中的氧含量为71ppm；当达到LF精炼时间的一半时，其钢水中的氧含量为53ppm；在到LF精炼末期，其钢水中的氧含量为36ppm；浇铸完成后，钢锭氧含量为28ppm，整个过程使得母材中的氧含量大大降低，且在整个冶炼过程严格控制钢中的A1的含量，有效的降低钢液中被铝固定的氧，从而为母材制备含氧量低的高碳铬不锈轴承钢作准备。
试验二：原料按中碳铬铁为260份、金属钼6份、工业纯铁734份加入中频炉中，通过中频炉对原料进行熔化冶炼。
原料在熔化过程中，加入酸性氧化渣，该酸性氧化渣含有FeO 35％；SiO2 35％；CaO 30％。当中频炉中的原料熔化完成后，将酸性氧化渣全部扒除，并向钢液中加入弱酸性合成渣，所述弱酸性合成渣成分为SiO2 45％；CaO 37％；CaF2 18％。
之后，向钢液中添加5份金属硅进行合金化，合金化完成后，其钢液的成分为：C1.17％，Cr 18.3％，Mo 0.54％，Si 0.47％，P 0.018％，S 0.02％，Al 0.0016％。
当合金化完成后，将弱酸性酸性合成渣全部扒除，进行出钢；且在出钢过程中加入强碱性合成渣；所述强碱性合成渣组成为CaO 66％，SiO2 9％，CaF2 25％。
出钢完成后转入LF炉进行精炼，脱除钢液中的氧和硫；且在精炼过程按照吨钢1.5kg/t加入碳粉，精炼温度控制在1610℃，精炼时间为80min。LF炉精炼完成后，其钢液中的成分如下：C 1.12％，Cr 17.6％，Mo 0.53％，Si 0.46％，P 0.016％，S 0.0009％，Al0.0014％。
之后，对钢液进行镇静处理，期间底吹氩气关闭，当钢液的温度降至1540℃时，进行吊包、模铸，获得母材。
在整个冶炼过程中，采用中频炉冶炼完成后，其钢水中氧含量为83ppm；出钢转入LF后，其钢水中的氧含量为64ppm；当达到LF精炼时间的一半时，其钢水中的氧含量为42ppm；在到LF精炼末期，其钢水中的氧含量为33ppm；浇铸完成后，钢锭氧含量为21ppm，整个过程使得母材中的氧含量大大降低，且在整个冶炼过程严格控制钢中的A1的含量，有效的降低钢液中被铝固定的氧，从而为母材制备含氧量低的高碳铬不锈轴承钢作准备。
试验三：原料按中碳铬铁为260份、金属钼6份、工业纯铁734份加入中频炉中，通过中频炉对原料进行熔化冶炼。
原料在熔化过程中，加入酸性氧化渣，该酸性氧化渣含有FeO 32％；SiO2 37％；CaO 31％。当中频炉中的原料熔化完成后，将酸性氧化渣全部扒除，并向钢液中加入弱酸性合成渣，所述弱酸性合成渣成分为SiO2 44％；CaO 36％；CaF2 20％。
之后，向钢液中添加5份金属硅进行合金化，合金化完成后，其钢液的成分为：C1.16％，Cr 18.3％，Mo 0.53％，Si 0.47％，P 0.016％，S 0.018％，Al 0.002％。
当合金化完成后，将弱酸性酸性合成渣全部扒除，进行出钢；且在出钢过程中加入强碱性合成渣；所述强碱性合成渣组成为CaO 67％，SiO2 8％，CaF2 25％。
出钢完成后转入LF炉进行精炼，脱除钢液中的氧和硫；且在精炼过程按照吨钢1.5kg/t加入碳粉，精炼温度控制在1620℃，精炼时间为1.5h。LF炉精炼完成后，其钢液中的成分如下：C 1.12％，Cr 17.1％，Mo 0.52％，Si 0.45％，P 0.015％，S 0.0007％，Al0.0017％。
之后，对钢液进行镇静处理，期间底吹氩气关闭，当钢液的温度降至1550℃时，进行吊包、模铸，获得母材。
在整个冶炼过程中，采用中频炉冶炼完成后，其钢水中氧含量为88ppm；出钢转入LF后，其钢水中的氧含量为67ppm；当达到LF精炼时间的一半时，其钢水中的氧含量为46ppm；在到LF精炼末期，其钢水中的氧含量为33ppm；浇铸完成后，钢锭氧含量为24ppm，整个过程使得母材中的氧含量大大降低，且在整个冶炼过程严格控制钢中的A1的含量，有效的降低钢液中被铝固定的氧，从而为母材制备含氧量低的高碳铬不锈轴承钢作准备。
通过上述试验一、试验二、试验三可以得出本实施例通过对原料进行中频炉冶炼、LF炉精炼、镇静处理以及模铸从而获得所需母材，该母材中的氧含量可以达到21ppm～28ppm，使得母材中的氧含量大大降低，且在整个冶炼过程严格控制钢中的A1的含量，有效的降低钢液中被铝固定的氧，从而为母材制备含氧量低的高碳铬不锈轴承钢作准备。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于，其过程为：将中碳铬铁、金属钼、工业纯铁作为原料加入至中频炉中进行冶炼，且在冶炼过程中加入金属硅进行合金化；冶炼后出钢，并在LF炉中进行精炼，且在精炼过程中加入碳粉进行脱氧；精炼后对钢液进行镇静处理，最后进行模铸。
2.根据权利要求1所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：在中频炉冶炼原料的过程中，加入酸性氧化渣，所述酸性氧化渣的成分为FeO 30-35％；SiO2 35-40％；CaO 30-35％，且酸性氧化渣的加入时间为原料的熔化过程。
3.根据权利要求2所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：当中频炉中的原料完全熔化后，将酸性氧化渣全部扒除，并向钢液中加入弱酸性合成渣，所述弱酸性合成渣的成分为SiO2 40-50％；CaO 30-40％；CaF2 15-25％；然后向钢液中加入金属硅，对其进行合金化处理。
4.根据权利要求3所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：当中频炉中完成合金化后，其钢液成分为：C 1.15％-1.20％，Cr 18.0％-18.5％，Mo 0.5％-0.6％，Si 0.40％-0.60％，P≤0.02％，S≤0.02％，Al≤0.002％。
5.根据权利要求4所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：合金化完成后，将弱酸性合成渣全部扒除，进行出钢，且在出钢过程中加入强碱性合成渣。
6.根据权利要求5所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：所述强碱性合成渣的组分为：CaO 65-70％，SiO2 5-10％，CaF2 20-25％。
7.根据权利要求6所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：在整个中频炉冶炼过程中，其中频炉的炉衬为酸洗炉衬。
8.根据权利要求7所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：在LF炉中，其碳粉的加入量为1.5kg/t钢，且控制精炼温度为1600℃～1620℃，精炼时间不小于50分钟。
9.根据权利要求8所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：LF精炼完成后，其钢液成分为：C 1.10％-1.15％，Cr 17.5％-18.0％，Mo 0.5％-0.6％，Si 0.40％-0.50％，P≤0.02％，S≤0.001％，Al≤0.002％。
10.根据权利要求9所述的一种高碳铬不锈轴承钢母材冶炼工艺，其特征在于：对钢液进行镇静处理的过程中，将底吹氩气关闭；当温度达到1530℃-1550℃时进行模铸。
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Denomination of invention: A Smelting Process for High Carbon Chromium Stainless Bearing Steel Base Metal Effective date of registration: 20230324 Granted publication date: 20220225 Pledgee: China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Jixi County Branch Pledgor: ANHUI FUKAI SPECIAL MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2023980036001 |
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