CN114752843B - 一种高碳铬轴承钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，通过KR脱硫、转炉冶炼、脱氧、LF精炼、VD真空脱气、连铸、轧制、控冷和缓冷来制备高碳铬轴承钢，降低了钛、磷、硫、氧的含量，降低了中心疏松缩孔及中心偏析级别，减轻了铸坯偏析，减少了碳化物液析的产生，降低了钢材中心疏松级别，并改善了碳化物带状和网状；使制得的高碳铬轴承钢品质高，缺陷少，符合GB/T 18254‑2016《高碳铬轴承钢》中特级钢标准。

Description

一种高碳铬轴承钢及其制备方法
技术领域
本发明属于轴承钢生产技术领域，具体涉及一种高碳铬轴承钢及其制备方法。
背景技术
GCr15钢是一种典型的高碳铬轴承钢，轴承钢的冶炼水平代表着一个国家的冶金水平，因此轴承钢也被称为“特钢之王”。国外发达国家如瑞典、日本、美国、德国等轴承钢产量和质量处于领先地位，氧含量控制在4-6ppm、最大夹杂物尺寸在11μm以下、钛含量控制10ppm以下、化学成分波动范围小，钢中有害元素含量低并且质量稳定。
目前国内生产轴承钢与日本、欧洲等先进国家相比，在使用寿命、可靠性及承载能力等方面存在较大差距。中国生产的轴承主要为中低端轴承和中小型轴承，与国外高端轴承和大型轴承等高附加值轴承相比还存在差距，特别是在航空航天、高速铁路、高档轿车等工业领域用的关键轴承上，中国轴承的使用寿命、可靠性与承载能力较国外先进国家还有一定差距。
高碳铬轴承钢中的碳含量高，且还含有一定量的铬，铸坯中有大量的共晶碳化物，这些碳化物在钢坯加热时，大部分回熔到奥氏体中，但有少量碳化物未熔，且已熔部分在轧制时或轧后冷却时再次析出，形成碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状组织。轴承在使用过程中，会因表皮碳化物的剥落而降低其耐磨性，会因内部碳化物颗粒增强裂纹敏感性，会因疲劳裂纹的产生扩展而降低疲劳寿命。碳化物网状是在钢中沿奥氏体晶粒边界析出呈网络分布的过剩二次碳化物。实际生产中，轴承钢坯通过加热、轧制及冷却，虽可降低碳化物网状级别，但很难完全消除钢中碳化物网状。
在考虑经济的条件下，应控制高碳铬轴承钢的氧含量及钛含量；提高夹杂物和碳化物的均匀性；降低和消除网状、液析和带状碳化物；减少低倍组织缺陷，一进步降低中心疏松、中心缩孔和中心成分偏析。
CN109402327B公开了种超纯净高碳铬轴承钢的炉外精炼生产方法，采用的工序为KR→BOF→RS→LF→RH→CC→轧制，并进一步控制(1)KR铁水预处理的终点铁水硫含量≤0.005％；(2)BOF吹氧脱碳，终点碳含量在0.15％～0.80％，按铝氧平衡图出钢时向钢水中加入0.5kg/t以上的铝量使出钢后钢中氧含量降至30ppm以下，出钢温度控制在1600℃～1700℃；(3)在BOF转炉冶炼出钢后进行RS扒渣操作，并要除净钢包中的炉渣；(4)在LF精炼中添加精炼渣，控制精炼渣中自由CaO摩尔分数为40％～60％，控制钢中铝含量在0.03％～0.07％，出钢时氧含量控制在10ppm以下，出钢温度1550℃～1610℃；(5)RH真空脱气全程氩气搅拌，100Pa以下真空下保持时间10min以上，该方法具有高效率、低成本、节能的特点；然而，该方法制备的高碳铬轴承钢中钛含量不够低，且缺少对碳化物及钢材中心疏松级别的判定。
CN101586182B公开了一种降低轴承钢盘条碳化物网状级别的方法，包括如下步骤：首先对轴承钢连铸钢坯进行加热升温，在1030～1130℃的温度下进行粗轧、中轧和预精轧处理；其次对轧件进行预水冷处理，冷却速度控制在10～40℃/s，冷却时间控制在0.8～2.2s；然后对轧件进行4～10道次精轧处理，开轧温度控制在900～950℃，终轧温度控制在920～990℃；再对轧件进行水冷处理，冷却速度控制在50～350℃/s，吐丝温度控制在760～820℃，制成散卷；最后对散卷进行风冷处理，风冷速度控制在2～10℃/s，散卷出风冷辊道的集卷温度控制在330～450℃，置于环境空气中冷却至常温。但该方法仅仅控制了碳化物网状，未控制其他杂质含量。
因此，需要提供一种高碳铬轴承钢的生产方法，使得钛磷、硫、氧等杂质含量低，同时减少碳化物液析的产生，改善碳化物带状和网状，从而值得高品质的高碳铬轴承钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高碳铬轴承钢及其制备方法，通过KR脱硫、转炉冶炼、脱氧、LF精炼、VD真空脱气、连铸、轧制、控冷和缓冷，制备高碳铬轴承钢，降低钛、磷、硫、氧的含量，降低中心疏松缩孔及中心偏析级别，减轻铸坯偏析，减少碳化物液析的产生，降低钢材中心疏松级别，并改善碳化物带状和网状。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种高碳铬轴承钢的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将合金原料与铁水混合后，依次经过KR脱硫、转炉冶炼和脱氧，得到炼渣；
(2)将精炼助剂与步骤(1)所述炼渣混合后，依次经过LF精炼和VD真空脱气，得到钢水；
(3)将步骤(2)所述钢水依次经过连铸、轧制、控冷和缓冷，得到高碳铬轴承钢。
本发明通过KR脱硫、转炉冶炼、脱氧、LF精炼、VD真空脱气、连铸、轧制、控冷和缓冷，降低钛、磷、硫、氧的含量，降低中心疏松缩孔及中心偏析级别，减轻铸坯偏析，减少碳化物液析的产生，降低钢材中心疏松级别，并改善碳化物带状和网状。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述合金原料包括低钛硅铁、低钛高碳铬铁、金属锰和增碳剂。
优选地，所述低钛硅铁的钛含量≤0.06％，例如可以是0.01％，0.02％，0.03％，0.04％，0.05％，0.06％等；硅含量为70-75％，例如可以是70％，71％，72％，73％，74％，75％等，其余为铁，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述低钛高碳铬铁的钛含量≤0.05％，例如可以是0.01％，0.02％，0.03％，0.04％，0.05％等；铬含量为55-65％，例如可以是55％，56％，57％，58％，59％，60％，61％，62％，63％，64％，65％等；碳含量为0.1-0.8％，例如可以是0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，0.6％，0.7％，0.8％等，其余为铁，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述增碳剂包括石油酯。
优选地，步骤(1)所述混合后得到的混合料中，硅含量为0.15-0.35％，例如可以是0.15％，0.17％，0.2％，0.22％，0.25％，0.28％，0.3％，0.33％，0.35％等；铬含量为1.4-1.65％，例如可以是1.4％，1.42％，1.45％，1.48％，1.5％，1.52％，1.55％，1.57％，1.6％，1.65％等；碳含量为0.95-1.05％。例如可以是0.95％，0.97％，1％，1.02％，1.05％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，低钛硅铁、低钛高碳铬铁、金属锰、增碳剂的添加量可根据铁水中的杂质含量进行调整。
作为本发明优选的技术方案，在步骤(1)所述KR脱硫时，加入脱硫剂。
优选地，所述脱硫剂包括石灰。
优选地，步骤(1)所述KR脱硫时，以1kg的合金原料为基准，所述脱硫剂的添加量为8-12kg，例如可以是8kg，8.5kg，9kg，9.5kg，10kg，10.5kg，11kg，11.5kg，12kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述KR脱硫的温度为1200-1400℃，例如可以是1200℃，1220℃，1250℃，1280℃，1300℃，1330℃，1350℃，1380℃，1400℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述KR脱硫的时间≥20min，例如可以是20min，30min，50min，60min，70min，80min，90min，100min，110min，120min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，在步骤(1)所述KR脱硫之后，所述转炉冶炼之前，进行扒渣。
优选地，步骤(1)所述KR脱硫在KR脱硫炉中进行。
优选地，步骤(1)所述KR脱硫结束后，从所述KR脱硫炉排出的物料的硫含量≤0.010％，例如可以是0.002％，0.003％，0.004％，0.005％，0.006％，0.007％，0.008％，0.009％，0.010％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述转炉冶炼在空气转炉中进行。
优选地，步骤(1)所述转炉冶炼的温度为1600-1800℃，例如可以是1600℃，1620℃，1650℃，1680℃，1700℃，1730℃，1750℃，1770℃，1800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述转炉冶炼的时间为10-30min，例如可以是10min，12min，15min，18min，20min，23min，25min，27min，30min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述空气转炉的出料口采用滑板进行挡渣。
优选地，步骤(1)所述转炉冶炼结束后，从所述空气转炉排出的物料的磷含量≤0.015％，例如可以是0.005％，0.006％，0.007％，0.008％，0.009％，0.010％，0.012％，0.013％，0.015％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，在步骤(1)所述脱氧时，加入脱氧剂。
优选地，所述脱氧剂包括铝锭。
优选地，步骤(1)所述脱氧时，以1kg的合金原料为基准，所述脱氧剂的添加量为0.3-0.8kg，例如可以是0.3kg，0.35kg，0.4kg，0.45kg，0.5kg，0.55kg，0.6kg，0.65kg，0.7kg，0.75kg，0.8kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述脱氧的时间为5-15min，例如可以是5min，6min，7min，8min，9min，10min，11min，12min，13min，14min，15min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述精炼助剂包括石灰、铝粉、碳化硅和碳粉。
优选地，以1kg的炼渣为基准，所述石灰的添加量为1-1.5kg，例如可以是1kg，1.1kg，1.2kg，1.3kg，1.4kg，1.5kg等；所述铝粉的添加量为0.3-0.8kg，例如可以是0.3kg，0.35kg，0.4kg，0.45kg，0.5kg，0.55kg，0.6kg，0.65kg，0.7kg，0.75kg，0.8kg等；所述碳化硅的添加量为0.4-0.8kg，例如可以是0.4kg，0.45kg，0.5kg，0.55kg，0.6kg，0.65kg，0.7kg，0.75kg，0.8kg等；所述碳粉的添加量为0.2-0.6kg例如可以是0.2kg，0.25kg，0.3kg，0.35kg，0.4kg，0.45kg，0.5kg，0.55kg，0.6kg等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述LF精炼的温度为1500-1580℃，例如可以是1500℃，1510℃，1520℃，1530℃，1540℃，1550℃，1560℃，1570℃，1580℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，本发明中LF精炼的温度为1500-1580℃，若高于1580℃，，则会导致上钢温度高，过热度高，导致铸坯低倍等质量较差，若低于1500℃，则会导致精炼过程中精炼渣流动性差，影响夹杂物吸附去除等。
优选地，步骤(2)所述LF精炼的时间为40-60min，例如可以是40min，42min，45min，48min，50min，52min，55min，57min，60min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述VD真空脱气的真空度≤67Pa，例如可以是20Pa，30Pa，40Pa，50Pa，60Pa，67Pa等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述VD真空脱气的时间为10-20min，例如可以是10min，12min，14min，6min，18min，20min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述连铸的拉速为0.95-1.15m/min，例如可以是0.95m/min，1.00m/min，1.02m/min，1.05m/min，1.08m/min，1.10m/min，1.13m/min，1.15m/min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述连铸的过热度15-25℃，例如可以是15℃，16℃，17℃，18℃，19℃，20℃，21℃，22℃，23℃，24℃，25℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，过热度为钢水连铸时的温度与钢水熔点的差值。
优选地，在步骤(3)所述轧制之前，将所述连铸得到的铸锭进行加热。
优选地，所述加热的温度为1180-1250℃，例如可以是1180℃，1190℃，1200℃，1210℃，1220℃，1230℃，1240℃，1250℃，等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述加热的时间为3.2-5.0h，例如可以是3.2h，3.5h，3.7h，3.9h，4.0h，4.2h，4.4h，4.6h，4.8h，5.0h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述轧制的速度为0.65-4.6m/s，例如可以是0.65m/s，0.8m/s，1.0m/s，1.5m/s，2.0m/s，2.5m/s，3.0m/s，3.5m/s，4.0m/s，4.2m/s，4.6m/s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，本发明通过调整轧制的速度，确保碳化物扩散均匀充分，减少碳化物液析的产生，降低钢材中心疏松级别。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述控冷的冷却速度为40-50℃/min，例如可以是40℃/min，41℃/min，42℃/min，43℃/min，44℃/min，45℃/min，46℃/min，47℃/min，48℃/min，49℃/min，50℃/min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述控冷的终点温度为620-680℃，例如可以是620℃，630℃，640℃，650℃，660℃，670℃，680℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述缓冷在缓冷箱进行。
优选地，步骤(3)所述缓冷的冷却速度为10-12℃/h，例如可以是10℃/h，10.2℃/h，10.5℃/h，10.8℃/h，11℃/h，11.3℃/h，11.5℃/h，11.7℃/h，12℃/h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述缓冷的终点温度≤150℃，例如可以是20℃，40℃，60℃，80℃，100℃，120℃，130℃，150℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，本发明通过控冷和缓冷控制碳化物的带状和网状，轴承钢枝晶偏析(富Cr和富C)引起的显微区骗局的共析碳化物(二次碳化物)，经压力加工后，顺延展方向分布成条带状，从而形成碳化物带状，轧后沿奥氏体晶粒边界析出的呈网状分布的碳化物成为碳化物网状。原始碳化物偏析大，易出现；停轧温度高及冷却太慢，会使网状碳化物的连续性和粗大程度显著增加。改善碳化物带状措施主要是通过提高加热温度，使碳化物充分扩散；控制碳化物网状主要通过控轧控冷，控制低的终轧温度和强化轧后冷却速度。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将低钛硅铁、低钛高碳铬铁、金属锰和增碳剂与铁水混合后置于KR脱硫炉中，在1200-1400℃进行KR脱硫并扒渣，控制KR脱硫炉排出的物料的硫含量≤0.010％；在空气转炉中进行转炉冶炼10-30min，控制空气转炉排出的物料的磷含量≤0.015％；在钢包中，加入铝锭进行脱氧5-15min，得到炼渣；
其中，低钛硅铁的钛含量≤0.06％，硅含量为70-75％，其余为铁；低钛高碳铬铁的钛含量≤0.05％，铬含量为55-65％，碳含量为0.1-0.8％，其余为铁；增碳剂包括石油酯；混合后得到的混合料中，硅含量为0.15-0.35％，铬含量为1.4-1.65％，碳含量为0.95-1.05％；在KR脱硫时，以1kg的合金原料为基准，加入8-12kg石灰；KR脱硫的时间≥20min；在脱氧时，以1kg的合金原料为基准，铝锭的添加量为0.3-0.8kg；
(2)将包括石灰、铝粉、碳化硅和碳粉的精炼助剂与步骤(1)所述炼渣混合后，在1500-1580℃进行LF精炼40-60min；而后，在真空度≤67Pa的条件下进行真空脱气10-20min，得到钢水；
其中，以1kg的炼渣为基准，所述石灰的添加量为1-1.5kg，所述铝粉的添加量为0.3-0.8kg，所述碳化硅的添加量为0.4-0.8kg，所述碳粉的添加量为0.2-0.6kg；
(3)将步骤(2)所述钢水在过热度15-25℃，以0.95-1.15m/min的拉速进行连铸，得到铸锭；将铸锭在1180-1250℃加热3.2-5.0h后，以0.65-4.6m/s的速度进行轧制；以40-50℃/min的冷却速度进行控冷，直至终点温度为620-680℃，以10-12℃/h的冷却速度进行缓冷，直至终点温度为≤150℃，得到高碳铬轴承钢。
本发明的目的之二在于提供一种采用目的之一所述制备方法得到的高碳铬轴承钢，所述高碳铬轴承钢的钛含量≤0.0015％、硫含量≤0.005％，磷含量≤0.015％，氧含量≤0.0006％。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述制备方法通过KR脱硫、转炉冶炼、脱氧、LF精炼、VD真空脱气、连铸、轧制、控冷和缓冷，降低钛、磷、硫、氧的含量，降低中心疏松缩孔及中心偏析级别，减轻铸坯偏析，减少碳化物液析的产生，降低钢材中心疏松级别，并改善碳化物带状和网状；
(2)本发明所述制备方法得到的高碳铬轴承钢品质高，缺陷少，符合GB/T18254-2016《高碳铬轴承钢》中特级钢标准。
附图说明
图1为本发明所述高碳铬轴承钢的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
值得说明的是，本发明所述高碳铬轴承钢的制备方法的流程图如图1所示，由图1看出，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将合金原料与铁水混合后，加入脱硫剂进行KR脱硫并扒渣，而后进行转炉冶炼，再加入脱氧剂进行脱氧，得到炼渣；
(2)将精炼助剂与步骤(1)所述炼渣混合后，依次进行LF精炼和VD真空脱气，得到钢水；
(3)步骤(2)所述钢水依次经过连铸、轧制、控冷和缓冷，得到高碳铬轴承钢。
实施例1
本实施例提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将低钛硅铁、低钛高碳铬铁、金属锰和增碳剂与铁水混合后置于KR脱硫炉中，在1400℃进行KR脱硫并扒渣，控制KR脱硫炉排出的物料的硫含量为0.009％；在空气转炉中1800℃进行转炉冶炼10min，控制空气转炉排出的物料的磷含量为0.012％；在钢包中，加入铝锭进行脱氧10min，得到炼渣；
其中，低钛硅铁的钛含量为0.02％，硅含量为72％，其余为铁；低钛高碳铬铁的钛含量为0.04％，铬含量为60％，碳含量为0.5％，其余为铁；增碳剂为石油酯；混合后得到的混合料中，硅含量为0.28％，铬含量为1.5％，碳含量为0.99％；在KR脱硫时，以1kg的合金原料为基准，加入10kg石灰；KR脱硫的时间为30min；在脱氧时，以1kg的合金原料为基准，铝锭的添加量为0.5kg；
(2)将包括石灰、铝粉、碳化硅和碳粉的精炼助剂与步骤(1)所述炼渣混合后，在1550℃进行LF精炼50min；而后，在真空度为60Pa的条件下进行真空脱气10min，得到钢水；
其中，以1kg的炼渣为基准，所述石灰的添加量为1.3kg，所述铝粉的添加量为0.5kg，所述碳化硅的添加量为0.6kg，所述碳粉的添加量为0.4kg；
(3)将步骤(2)所述钢水在过热度15℃，以1.15m/min的拉速进行连铸，得到铸锭；将铸锭在1200℃加热4.0h后，以2m/s的速度进行轧制；以45℃/min的冷却速度进行控冷，直至终点温度为620℃，以12℃/h的冷却速度进行缓冷，直至终点温度为100℃，得到高碳铬轴承钢。
实施例2
本实施例提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将低钛硅铁、低钛高碳铬铁、金属锰和增碳剂与铁水混合后置于KR脱硫炉中，在1200℃进行KR脱硫并扒渣，控制KR脱硫炉排出的物料的硫含量为0.010％；在空气转炉中1600℃进行转炉冶炼30min，控制空气转炉排出的物料的磷含量为0.010％；在钢包中，加入铝锭进行脱氧5min，得到炼渣；
其中，低钛硅铁的钛含量为0.06％，硅含量为75％，其余为铁；低钛高碳铬铁的钛含量为0.05％，铬含量为55％，碳含量为0.8％，其余为铁；增碳剂为石油酯；混合后得到的混合料中，硅含量为0.15％，铬含量为1.65％，碳含量为0.95％；在KR脱硫时，以1kg的合金原料为基准，加入8kg石灰；KR脱硫的时间为20min；在脱氧时，以1kg的合金原料为基准，铝锭的添加量为0.8kg；
(2)将包括石灰、铝粉、碳化硅和碳粉的精炼助剂与步骤(1)所述炼渣混合后，在1500℃进行LF精炼60min；而后，在真空度为67Pa的条件下进行真空脱气20min，得到钢水；
其中，以1kg的炼渣为基准，所述石灰的添加量为1kg，所述铝粉的添加量为0.8kg，所述碳化硅的添加量为0.4kg，所述碳粉的添加量为0.6kg；
(3)将步骤(2)所述钢水在过热度25℃，以0.95m/min的拉速进行连铸，得到铸锭；将铸锭在1180℃加热5.0h后，以0.65m/s的速度进行轧制；以50℃/min的冷却速度进行控冷，直至终点温度为650℃，以10℃/h的冷却速度进行缓冷，直至终点温度为150℃，得到高碳铬轴承钢。
实施例3
本实施例提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将低钛硅铁、低钛高碳铬铁、金属锰和增碳剂与铁水混合后置于KR脱硫炉中，在1300℃进行KR脱硫并扒渣，控制KR脱硫炉排出的物料的硫含量为0.008％；在空气转炉中1700℃进行转炉冶炼20min，控制空气转炉排出的物料的磷含量为0.015％；在钢包中，加入铝锭进行脱氧15min，得到炼渣；
其中，低钛硅铁的钛含量为0.06％，硅含量为70％，其余为铁；低钛高碳铬铁的钛含量为0.05％，铬含量为65％，碳含量为0.1％，其余为铁；增碳剂为石油酯；混合后得到的混合料中，硅含量为0.35％，铬含量为1.4％，碳含量为1.05％；在KR脱硫时，以1kg的合金原料为基准，加入8kg石灰；KR脱硫的时间为20min；在脱氧时，以1kg的合金原料为基准，铝锭的添加量为0.3kg；
(2)将包括石灰、铝粉、碳化硅和碳粉的精炼助剂与步骤(1)所述炼渣混合后，在1580℃进行LF精炼40min；而后，在真空度为67Pa的条件下进行真空脱气15min，得到钢水；
其中，以1kg的炼渣为基准，所述石灰的添加量为1kg，所述铝粉的添加量为0.3kg，所述碳化硅的添加量为0.8kg，所述碳粉的添加量为0.2kg；
(3)将步骤(2)所述钢水在过热度20℃，以1m/min的拉速进行连铸，得到铸锭；将铸锭在1250℃加热3.2h后，以0.65m/s的速度进行轧制；以40℃/min的冷却速度进行控冷，直至终点温度为680℃，以11℃/h的冷却速度进行缓冷，直至终点温度为为120℃，得到高碳铬轴承钢。
实施例4
本实施例提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，参照实施例1所述的制备方法，区别仅在于：步骤(2)所述LF精炼的温度为1450℃。
实施例5
本实施例提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，参照实施例1所述的制备方法，区别仅在于：步骤(2)所述LF精炼的温度为1650℃。
实施例6
本实施例提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，参照实施例1所述的制备方法，区别仅在于：步骤(3)所述轧制的速度为5.2m/s。
实施例7
本实施例提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，参照实施例1所述的制备方法，区别仅在于：步骤(3)所述轧制的速度为0.2m/s。
对比例1
本实施例提供了一种高碳铬轴承钢及其制备方法，参照实施例1所述的制备方法，区别仅在于：省略步骤(3)中控冷和缓冷。
将上述实施例和对比例所得高碳铬轴承钢进行测试，测试内容和方法如下：
钛含量、磷含量、硫含量：采用光谱仪进行测试；
氧含量：采用氧氮氢分析仪进行测试；
非金属夹杂物：通过金相显微镜测试非金属夹杂物A类、B类、C类、D类、DS类的级别；
碳化物均匀性：通过金相显微镜测试碳化物液析级别、碳化物带状级别、碳化物网状级别；
将上述实施例和对比例所得高碳铬轴承钢的钛、磷、硫、氧含量测试结果列于表1，将A、B、C、D、DS类非金属夹杂物的级别和碳化物的级别列于表2。
表1
项目 钛含量/％ 磷含量/％ 硫含量/％ 氧含量/％
实施例1 0.0013 0.010 0.001 0.00052
实施例2 0.0015 0.012 0.004 0.00060
实施例3 0.0014 0.015 0.002 0.00055
实施例4 0.0015 0.011 0.006 0.00058
实施例5 0.0015 0.012 0.007 0.00057
实施例6 0.0015 0.015 0.005 0.00061
实施例7 0.0014 0.012 0.004 0.00059
对比例1 0.0016 0.014 0.004 0.00062
表2
Figure BDA0003578625880000151
Figure BDA0003578625880000161
由表1和表2可以看出：
(1)由实施例1-3可以看出，高碳铬轴承钢中钛含量≤0.0015％、硫含量≤0.005％，磷含量≤0.015％，氧含量≤0.0006％；非金属夹杂物A类≤1.5级、B类≤0.5级、C类为0级、D类≤1级、DS类≤0.5级；碳化物带状≤2.0级，碳化物液析0级，碳化物网状合格；符合GB/T 18254-2016《高碳铬轴承钢》中特级钢标准；
(2)将实施例1与实施例4、5进行对比，可以看出，由于实施例4中步骤(2)所述LF精炼的温度为1450℃，低于本发明优选的1500-1580℃，导致铸坯低倍等质量较差，杂质含量增加；由于实施例5中步骤(2)所述LF精炼的温度为1650℃，高于本发明优选的1500-1580℃，精炼过程中精炼渣流动性差，影响夹杂物吸附去除导致铸坯杂质含量增加；
(3)将实施例1与实施例6、7进行对比，可以看出，由于实施例6中步骤(3)所述轧制的速度为5.2m/s，高于本发明优选的0.65-4.6m/s，导致碳化物扩散不均匀，产生碳化物液析；由于实施例7中步骤(3)所述轧制的速度为0.2m/s，高于本发明优选的0.65-4.6m/s，导致碳化物扩散不均匀，产生碳化物液析；
(4)将实施例1与对比例1进行对比，可以看出，由于省略步骤(3)中控冷和缓冷，导致碳化物带状和碳化物网状增多，碳化物带状级别和碳化物网状级别增加。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (31)

1.一种高碳铬轴承钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将合金原料与铁水混合后，依次经过KR脱硫、转炉冶炼和脱氧，得到炼渣；
（2）将精炼助剂与步骤（1）所述炼渣混合后，依次经过LF精炼和VD真空脱气，得到钢水；
步骤（2）所述精炼助剂包括石灰、铝粉、碳化硅和碳粉；以1kg的炼渣为基准，所述石灰的添加量为1-1.5kg，所述铝粉的添加量为0.3-0.8kg，所述碳化硅的添加量为0.4-0.8kg，所述碳粉的添加量为0.2-0.6kg；
步骤（2）所述LF精炼的温度为1500-1580℃；
（3）将步骤（2）所述钢水依次经过连铸、轧制、控冷和缓冷，得到高碳铬轴承钢；
在步骤（3）所述轧制之前，将所述连铸得到的铸锭进行加热；所述加热的温度为1180-1250℃；所述加热的时间为3.2-5.0h；
步骤（3）所述轧制的速度为0.65-4.6m/s；
步骤（3）所述控冷的冷却速度为40-50℃/min；步骤（3）所述控冷的终点温度为620-680℃；步骤（3）所述缓冷的冷却速度为10-12℃/h；步骤（3）所述缓冷的终点温度≤150℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述合金原料包括低钛硅铁、低钛高碳铬铁、金属锰和增碳剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述低钛硅铁的钛含量≤0.06%，硅含量为70-75%，其余为铁。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述低钛高碳铬铁的钛含量≤0.05%，铬含量为55-65%，碳含量为0.1-0.8%，其余为铁。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述增碳剂包括石油酯。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述混合后得到的混合料中，硅含量为0.15-0.35%，铬含量为1.4-1.65%，碳含量为0.95-1.05%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤（1）所述KR脱硫时，加入脱硫剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述脱硫剂包括石灰。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述KR脱硫时，以1kg的合金原料为基准，所述脱硫剂的添加量为8-12kg。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述KR脱硫的温度为1200-1400℃。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述KR脱硫的时间≥20min。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤（1）所述KR脱硫之后，所述转炉冶炼之前，进行扒渣。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述KR脱硫在KR脱硫炉中进行。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述KR脱硫结束后，从所述KR脱硫炉排出的物料的硫含量≤0.010%。
15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述转炉冶炼在空气转炉中进行。
16.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述转炉冶炼的温度为1600-1800℃。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述转炉冶炼的时间为10-30min。
18.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述空气转炉的出料口采用滑板进行挡渣。
19.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述转炉冶炼结束后，从所述空气转炉排出的物料的磷含量≤0.015%。
20.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤（1）所述脱氧时，加入脱氧剂。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述脱氧剂包括铝锭。
22.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述脱氧时，以1kg的合金原料为基准，所述脱氧剂的添加量为0.3-0.8kg。
23.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述脱氧的时间为5-15min。
24.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述LF精炼的时间为40-60min。
25.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述VD真空脱气的真空度≤67Pa。
26.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述VD真空脱气的时间为10-20min。
27.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述连铸的拉速为0.95-1.15m/min。
28.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述连铸的过热度15-25℃。
29.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述缓冷在缓冷箱进行。
30.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将低钛硅铁、低钛高碳铬铁、金属锰和增碳剂与铁水混合后置于KR脱硫炉中，在1200-1400℃进行KR脱硫并扒渣，控制KR脱硫炉排出的物料的硫含量≤0.010%；在空气转炉中1600-1800℃进行转炉冶炼10-30min，控制空气转炉排出的物料的磷含量≤0.015%；在钢包中，加入铝锭进行脱氧5-15min，得到炼渣；
其中，低钛硅铁的钛含量≤0.06%，硅含量为70-75%，其余为铁；低钛高碳铬铁的钛含量≤0.05%，铬含量为55-65%，碳含量为0.1-0.8%，其余为铁；增碳剂包括石油酯；混合后得到的混合料中，硅含量为0.15-0.35%，铬含量为1.4-1.65%，碳含量为0.95-1.05%；在KR脱硫时，以1kg的合金原料为基准，加入8-12kg石灰；KR脱硫的时间≥20min；在脱氧时，以1kg的合金原料为基准，铝锭的添加量为0.3-0.8kg；
（2）将包括石灰、铝粉、碳化硅和碳粉的精炼助剂与步骤（1）所述炼渣混合后，在1500-1580℃进行LF精炼40-60min；而后，在真空度≤67Pa的条件下进行真空脱气10-20min，得到钢水；
其中，以1kg的炼渣为基准，所述石灰的添加量为1-1.5kg，所述铝粉的添加量为0.3-0.8kg，所述碳化硅的添加量为0.4-0.8kg，所述碳粉的添加量为0.2-0.6kg；
（3）将步骤（2）所述钢水在过热度15-25℃，以0.95-1.15m/min的拉速进行连铸，得到铸锭；将铸锭在1180-1250℃加热3.2-5.0h后，以0.65-4.6m/s的速度进行轧制；以40-50℃/min的冷却速度进行控冷，直至终点温度为620-680℃，以10-12℃/h的冷却速度进行缓冷，直至终点温度为≤150℃，得到高碳铬轴承钢。
31.一种采用权利要求1-30任一项所述制备方法得到的高碳铬轴承钢，其特征在于，所述高碳铬轴承钢的钛含量≤0.0015%、硫含量≤0.005%，磷含量≤0.015%，氧含量≤0.0006%。
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