CN114015927B - 一种含稀土高碳铬轴承钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含稀土高碳铬轴承钢及其制备方法，该含稀土高碳铬轴承钢按重量百分比计，C 0.95‑1.05，Si 0.15‑0.30，Mn 0.25‑0.40，P≤0.010，S≤0.010，Cr 1.50‑1.75，RE 0.015‑0.035，O 3‑5ppm，余量为铁和不可避免的杂质，其经过高炉炼铁、铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼以及RH精炼和连铸，稀土合金分两部分分别在转炉出钢和RH破空后两个阶段加入，与电渣重熔工艺配合后可以取得更好的效果，接触疲劳寿命L10≥6.1×107次。

Description

一种含稀土高碳铬轴承钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及轴承钢制造技术领域，尤其涉及一种含稀土高碳铬轴承钢及其制备方法。
背景技术
高碳铬轴承钢GCr15广泛应用于各类机械装备用滚动轴承的内外套圈及滚动体等零部件中，其冶金质量和热处理后性能的优劣，直接决定轴承乃至主机的使用性能、寿命及可靠性等。随着高端制造业的发展，包括高速精密机床主轴轴承、风力发电机主轴轴承、高速铁路轴箱轴承等均要求超长的使用寿命和高的可靠性，这就要求所用的高碳铬轴承钢要具有107次以上的超长接触疲劳寿命。
近百年以来，高碳铬轴承钢GCr15的化学成分没有大的变化，而接触疲劳寿命提高了100倍以上，这与轴承钢冶炼技术的发展息息相关，氧含量的降低，非金属夹杂物数量和尺寸的减少，使轴承钢的疲劳寿命大幅提高。
虽然国内高碳铬轴承钢的纯净度控制水平已经达到或超过了西方发达国家，但是接触疲劳寿命与西方发达国家还存在差距，如何进一步提高高碳铬轴承钢的接触疲劳寿命是国内研究者长期关注的问题。
发明内容
本发明的目的是进一步提高高碳铬轴承钢接触疲劳寿命，为了实现所述目的，发明人对现有GCr15钢种成分钢种成分和工艺进行了调整，具体方案如下：
一种含稀土高碳铬轴承钢，按重量百分比计，C 0.95-1.05，Si 0.15-0.30，Mn0.25-0.40，P≤0.010，S≤0.010，Cr 1.50-1.75，RE 0.015-0.035，O 3-5ppm，余量为铁和不可避免的杂质。
RE为La、Ce中的一种或两种。采用部分稀土合金代替含铝材料在转炉出钢阶段进行脱氧，减少Al2O3夹杂物的生成量，其余稀土合金在RH破空后加入。
上述含稀土高碳铬轴承钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）高炉炼铁；
（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出炉S≤0.010%；
（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢P≤0.015%，出钢采用部分稀土合金+含铝材料进行脱氧；
（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后结束LF精炼；
（5）RH精炼，破空后加入其余稀土合金；
（6）模铸；
（7）电渣重熔。
进一步的，转炉出钢过程中加入的稀土合金占稀土合金总量的1/3-1/2。
相对于现有技术，本发明取得了以下技术效果：
本发明对现有GCr15钢种成分进行调整，并在现有长流程之后采用电渣重熔的工艺进行进一步处理，通过加入微量稀土元素对钢中夹杂物形态和分布进行控制，改善轴承钢的塑性和韧性，减少夹杂物对疲劳性能的影响；同时稀土元素可以细化碳化物和基体组织，进一步提高轴承钢的接触疲劳寿命。另外，稀土合金分两部分分别在转炉出钢和RH破空后两个阶段加入，与电渣重熔工艺配合后可以取得更好的效果，接触疲劳寿命L10≥6.1×107次。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。
本发明所述含稀土高碳铬轴承钢，按重量百分比计，C 0.95-1.05，Si 0.15-0.30，Mn 0.25-0.40，P≤0.010，S≤0.010，Cr 1.50-1.75，RE 0.015-0.035，O 3-5ppm，余量为铁和不可避免的杂质，其制备方法包括以下步骤：（1）高炉炼铁；（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出炉S≤0.010%；（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢P≤0.015%，出钢采用部分稀土合金+含铝材料进行脱氧；（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后结束LF精炼；（5）RH精炼，破空后加入其余稀土合金；（6）模铸；（7）电渣重熔。
下面参考具体实施例对本发明进行更进一步的描述。下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
实施例1-4
实施例1-4采用如下工艺制备含稀土高碳铬轴承钢，具体包括以下步骤：（1）高炉炼铁；（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出炉控制S含量；（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢控制P含量，出钢采用部分稀土合金+含铝材料进行脱氧；（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后结束LF精炼；（5）RH精炼，破空后加入其余稀土合金；（6）模铸；（7）电渣重熔。制备得到的含稀土高碳铬轴承钢成分如表1中的实施例1-4所示；
对比例1-4
对比例1-4采用与实施例1-4基本相同的制备工艺制备含稀土高碳铬轴承钢，不同之处在于：
对比例1与实施例1的区别在于转炉出钢后未加稀土合金；
对比例2与实施例1的区别在于RH破空后未加稀土合金；
对比例3与实施例1的区别在于未进行电渣重熔；
对比例4为现有技术中转炉出钢和RH破空后均未加稀土合金且未进行电渣重熔工艺制备的含稀土高碳铬轴承钢。
对比例1-4制备得到的高碳铬轴承钢成分如表1对比例1-4所示。
对实施例1-4以及对比例1-4制备得到的高碳铬轴承钢进行性能测试与夹杂物观测，夹杂物观测方法为随机观察150μm×150μm视场20个，记观察到最大夹杂物尺寸为试样最大夹杂物尺寸，测试结果如表2所示，经过转炉出钢和RH破空后均加稀土合金且进行电渣重熔工艺制备的含稀土高碳铬轴承钢的夹杂物尺寸、接触疲劳寿命L10分别为现有技术的1/4以及6倍左右，仅在转炉出钢或RH破空后加稀土合金且进行电渣重熔工艺制备的含稀土高碳铬轴承钢的夹杂物尺寸、接触疲劳寿命L10分别为现有技术的1/2以及2倍左右，在转炉出钢和RH破空后均加稀土合金而未进行电渣重熔工艺制备的含稀土高碳铬轴承钢的夹杂物尺寸、接触疲劳寿命L10分别为现有技术的2/3以及1.5倍左右，可见，在转炉出钢和RH破空后均加稀土合金且进行电渣重熔工艺制备的含稀土高碳铬轴承钢取得了更好的接触疲劳性能。
本发明的具体实施例和对比例的化学组成如表1所示，制备工艺及其性能如表2所示。
表1 本发明实施例和对比例化学成分（wt%）
C Si Mn P S Cr La Ce O 铁和不可避免的杂质
实施例1 1.01 0.17 0.33 0.005 0.003 1.73 0.023 - 0.0005 余量
实施例2 0.99 0.21 0.37 0.006 0.005 1.68 0.012 0.015 0.0004 余量
实施例3 1.03 0.28 0.33 0.005 0.003 1.72 - 0.031 0.0004 余量
实施例4 1.04 0.24 0.27 0.007 0.004 1.59 0.026 - 0.0005 余量
对比例1 1.02 0.17 0.30 0.005 0.003 1.71 0.024 - 0.0013 余量
对比例2 1.00 0.24 0.36 0.007 0.006 1.63 0.020 - 0.0018 余量
对比例3 1.01 0.17 0.33 0.008 0.007 1.74 0.024 - 0.0023 余量
对比例4 1.02 0.17 0.32 0.009 0.006 1.75 - - 0.0037 余量
表2本发明实施例和对比例制备工艺和性能
转炉出钢后是否加稀土 RH破空后是否加稀土 是否进行电渣重熔 夹杂物分布情况 最大夹杂物尺寸（μm） 接触疲劳寿命L<sub>10</sub>（10<sup>7</sup>次）
实施例1 是 是 是 分布均匀 11 6.1
实施例2 是 是 是 分布均匀 10 6.3
实施例3 是 是 是 分布均匀 9 6.3
实施例4 是 是 是 分布均匀 10 6.2
对比例1 否 是 是 分布均匀 13 2.4
对比例2 是 否 是 分布均匀 18 2.3
对比例3 是 是 否 夹杂物有团聚现象，分布不均匀 25 1.8
对比例4 否 否 否 夹杂物有团聚现象，分布不均匀 37 1.1
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种含稀土高碳铬轴承钢的制备方法，其特征在于，所述含稀土高碳铬轴承钢，按重量百分比计，其组成为C 0.95-1.05，Si 0.15-0.30，Mn 0.25-0.33，P≤0.010，S≤0.010，Cr1.72-1.75，Ce 0.031-0.035，O 3-5ppm，余量为铁和不可避免的杂质，其接触疲劳寿命L10≥6.1×107次；
所述含稀土高碳铬轴承钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）高炉炼铁；
（2）铁水预处理，进行KR脱硫，出炉S≤0.010%；
（3）转炉炼钢，采用双渣工艺，出钢P≤0.015%，出钢采用部分稀土合金+含铝材料进行脱氧；转炉出钢过程中加入的稀土合金占稀土合金总量的1/3-1/2；
（4）LF精炼，进行升温、造白渣，定氧后炉渣微脱氧采用含C材料，不用含铝材料，满足氧含量要求后结束LF精炼；
（5）RH精炼，破空后加入其余稀土合金；
（6）模铸；
（7）电渣重熔。
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