CN115029626A - 一种盾构机轴承用42CrMo4M钢 - Google Patents

Abstract

一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，包括如下物质：C:0.38‑0.43％，Si：0.20‑0.30％，Mn:0.60‑0.70％，P≤0.0.010％，S≤0.003％，Cr:1.0‑1.20％，Mo：0.20‑0.30％，V：0.08‑0.12％，Ni：0.95‑1.20％，Cu≤0.01％，Ti≤0.0015％，Al：0.015‑0.030％，B:0.0005‑0.0020％，As≤50ppm，Sn≤30ppm，Sb≤30ppm，Pb≤10ppm，Bi≤10ppm，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤100ppm，[O]≤12ppm,余量为Fe。本发明的优点是：本发明按照盾构机主轴承套圈用中碳轴承钢设计标准，基于中碳轴承钢材料研究及其全流程热加工制备技术，进行盾构机主轴承套圈用纯净化中碳轴承钢设计及其制造，研制出高纯净化中碳轴承钢冶炼用高纯原料，钢牌号42CrMo4M，实现5m级以上大型盾构机主轴承套圈用42CrMo4系列模铸锻坯的高纯、均质、稳定生产，为专项盾构机主轴承的生产制造提供技术支撑和产品配套。

Description

一种盾构机轴承用42CrMo4M钢

技术领域

本发明属于盾构机轴承制备领域，具体地说是一种盾构机轴承用42CrMo4M钢。

背景技术

盾构机主轴承(见图1)是典型的低速重载轴承，其内外套圈选材要求具有淬透性好、强韧性高、易于加工等特性，典型选材为中碳轴承钢。然而，对于大尺寸、厚断面的5m级及以上大型盾构机主轴承套圈而言，在套圈锻坯的冶炼、铸锭、锻轧等热加工过程中，极易出现夹杂物高、偏析严重、组织粗大、晶粒不均等问题，从而造成大型盾构机主轴承套圈的纯净度、均质性、稳定性、一致性控制十分困难。

发明内容

本发明提供一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，包括如下物质：C:0.38-0.43％，Si：0.20-0.30％，Mn:0.60-0.70％，P≤0.0.010％，S≤0.003％，Cr:1.0-1.20％，Mo：0.20-0.30％，V：0.08-0.12％，Ni：0.95-1.20％，Cu≤0.01％，Ti≤0.0015％，Al：0.015-0.030％，B:0.0005-0.0020％，As≤50ppm，Sn≤30ppm，Sb≤30ppm，Pb≤10ppm，Bi≤10ppm，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤100ppm，[O]≤12ppm,余量为Fe。

如上所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：

步骤一：热装铁水冶炼，在装料前检测留渣和氧化性，根据检测情况判断加入按照100-120Kg/t的量优质石灰，钢水在1530℃-1580℃采用大渣量循环流渣操作，快速脱P；对钢水定时取样检测，电炉出钢前终点C≤0.06％、P≤0.001％，Ti≤0.0003％，出钢温度1650℃-1660℃；

步骤二：钢水到站送电化渣后扒渣处理，扒渣后喂入直径13mmAl线40-70m，进行二次渣料配入，二次渣系配比按照：石灰8-9kg/t加入，进行送电化渣,化渣过程可根据炉渣流动性按照5-7Kg/t的量加入萤石调整；化渣完成后温度控制在1600-1610℃吊包至VD抽空，真空前Al按照0.010-0.030％左右控制，不倒渣，极限真空≤20Pa,保持时间≥20min后破空取样进行成分检测，钢包吊至精炼工位，送入LF精炼炉；

步骤三：钢包入LF精炼炉先升温至1560-1610℃，视情况补加石灰3-5kg/t，化渣过程根据情况可加入萤石调渣；加入低钛工业纯硅粉40-60Kg、碳粉20-40Kg进行扩散脱氧(分多批次少量加入)，渣转白后，保持20min以上，当S≤0.001％，Ti≤0.0005％,其它成分满足要求后，加入碳化稻壳7-9袋(烘烤)，每袋重量为10kg，保证全部覆盖，LF精炼炉出钢温度1591-1596℃；

步骤四：LF精炼炉送出的钢水在浇注温度为1581℃-1584℃，液相线1527℃以及氩气全程保护的条件下进行浇注，浇注完成后冷却，得钢锭。

如上所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，所述的步骤一中严禁带渣出钢；钢包必须保证无残钢和残渣，或者使用低钛轴承钢专用新包，电炉出钢10吨左右先加低钛工业硅90kg，后加电石50kg，石灰100kg，低钛预熔精炼渣400kg，根据渣况按照5-7Kg/t的量加入萤石，出钢3/4时全部加完。

如上所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，所述的步骤四中浇注过程中按照3袋/支钢锭的量加入碳化稻壳：2袋/支钢锭的量加入发热剂，所述碳化稻壳和发热剂采用吊挂+筛网方式加入，距离底部250-280mm吊挂1袋的碳化稻壳和1袋的发热剂，每袋重量为10kg，其余筛网加入。

如上所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，所述的步骤四中的浇注模具中保温板厚度为55mm，高度为350mm，保温板下底距离钢锭模上沿930mm，浇注高度300mm，在300mm-320mm处划线。

如上所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，所述的步骤四中浇注前模具模温为：40-80℃。

如上所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，所述的浇注过程为：

7t浇注6支钢锭的锭身浇注时间为：14-16min，锭身浇注速度为：2.4-2.6t/min，帽口浇注时间：7-8min，帽口浇注平均速度：0.6-1.0t/min，脱模时间：5h，冷却方式：热送；

7t浇注5支钢锭的锭身浇注时间为：13-15min，锭身浇注速度为：2.1-2.3t/min，帽口浇注时间：7-8min，帽口浇注平均速度：0.4-0.9t/min，脱模时间：5h，冷却方式：热送。

本发明的优点是：本发明按照盾构机主轴承套圈用中碳轴承钢设计标准，基于中碳轴承钢材料研究及其全流程热加工制备技术，进行盾构机主轴承套圈用纯净化中碳轴承钢设计及其制造，研制出高纯净化中碳轴承钢冶炼用高纯原料，钢牌号42CrMo4M，实现5m级以上大型盾构机主轴承套圈用42CrMo4系列模铸锻坯的高纯、均质、稳定生产，为专项盾构机主轴承的生产制造提供技术支撑和产品配套。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是Φ6.3m盾构机主轴承的示意图；

图2是本发明的炉号扒渣的具体操作示意图；

图3是本发明的实际锻造的具体操作示意图；

图4是本发明的探伤的具体操作示意图；

图5是本发明的奥氏体晶粒显微示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，包括如下物质：C:0.38-0.43％，Si：0.20-0.30％，Mn:0.60-0.70％，P≤0.0.010％，S≤0.003％，Cr:1.0-1.20％，Mo：0.20-0.30％，V：0.08-0.12％，Ni：0.95-1.20％，Cu≤0.01％，Ti≤0.0015％，Al：0.015-0.030％，B:0.0005-0.0020％，As≤50ppm，Sn≤30ppm，Sb≤30ppm，Pb≤10ppm，Bi≤10ppm，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤100ppm，[O]≤12ppm,余量为Fe。

优选的，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：

步骤一：热装铁水冶炼，在装料前检测留渣和氧化性，根据检测情况判断加入按照100-120Kg/t的量优质石灰，钢水在1530℃-1580℃采用大渣量循环流渣操作，快速脱P；对钢水定时取样检测，电炉出钢前终点C≤0.06％、P≤0.001％，Ti≤0.0003％，出钢温度1650℃-1660℃；

步骤二：钢水到站送电化渣后扒渣处理，扒渣后喂入直径13mmAl线40-70m，进行二次渣料配入，二次渣系配比按照：石灰8-9kg/t加入，进行送电化渣,化渣过程可根据炉渣流动性按照5-7Kg/t的量加入萤石调整；化渣完成后温度控制在1600-1610℃吊包至VD抽空，真空前Al按照0.010-0.030％左右控制，不倒渣，极限真空≤20Pa,保持时间≥20min后破空取样进行成分检测，钢包吊至精炼工位，送入LF精炼炉；

步骤三：钢包入LF精炼炉先升温至1560-1610℃，视情况补加石灰3-5kg/t，化渣过程根据情况可加入萤石调渣；加入低钛工业纯硅粉40-60Kg、碳粉20-40Kg进行扩散脱氧(分多批次少量加入)，渣转白后，保持20min以上，当S≤0.001％，Ti≤0.0005％,其它成分满足要求后，加入碳化稻壳7-9袋(烘烤)，每袋重量为10kg，保证全部覆盖，LF精炼炉出钢温度1591-1596℃；

步骤四：LF精炼炉送出的钢水在浇注温度为1581℃-1584℃，液相线1527℃以及氩气全程保护的条件下进行浇注，浇注完成后冷却，得钢锭。

优选的，所述的步骤一中严禁带渣出钢；钢包必须保证无残钢和残渣，或者使用低钛轴承钢专用新包，电炉出钢10吨左右先加低钛工业硅90kg，后加电石50kg，石灰100kg，低钛预熔精炼渣400kg，根据渣况按照5-7Kg/t的量加入萤石，出钢3/4时全部加完。

优选的，所述的步骤四中浇注过程中按照3袋/支钢锭的量加入碳化稻壳：2袋/支钢锭的量加入发热剂，所述碳化稻壳和发热剂采用吊挂+筛网方式加入，距离底部250-280mm吊挂1袋的碳化稻壳和1袋的发热剂，每袋重量为10kg，其余筛网加入。

优选的，所述的步骤四中的浇注模具中保温板厚度为55mm，高度为350mm，保温板下底距离钢锭模上沿930mm，浇注高度300mm，在300mm-320mm处划线。

优选的，所述的步骤四中浇注前模具模温为：40-80℃。

优选的，所述的浇注过程为：

7t浇注6支钢锭的锭身浇注时间为：14-16min，锭身浇注速度为：2.4-2.6t/min，帽口浇注时间：7-8min，帽口浇注平均速度：0.6-1.0t/min，脱模时间：5h，冷却方式：热送；

7t浇注5支钢锭的锭身浇注时间为：13-15min，锭身浇注速度为：2.1-2.3t/min，帽口浇注时间：7-8min，帽口浇注平均速度：0.4-0.9t/min，脱模时间：5h，冷却方式：热送。

实施例1Ti含量的控制

1、使用Ti或者TiO2含量最低的合金、辅料以及使用低Ti专用钢包，表1和表2为相关标准。

表1 原辅料Ti、TiO2要求(质量百分比％)

表2 钢包耐材TiO2含量要求

2、电炉出钢时要求[Ti]≤0.0004％。电炉炉后采用脱氧能力弱于Ti的工业硅及低氮增碳剂进行预脱氧，尽量氧化合金中的Ti，促进TiO2进入渣料中。电炉出钢后扒渣要干净，避免高Ti渣残留，在脱氧时，还原渣中的Ti，进入钢液。在精炼扩散脱氧时，减少强脱氧剂Al粒的使用量，增加了SiC粉、工业Si粉、碳粉或者低Ti增碳剂使用量。

实施例2氧含量的控制

电炉出钢时，尽量控制出钢C≥0.08％，避免钢液过氧化增加后期脱氧负担。在扒渣后，采用强脱氧剂进行沉淀脱氧及在渣面上进行扩散脱氧，促进快速脱氧并将氧尽量降低。精炼保持高碱度渣，通过SiC、工业Si粉扩散脱氧，萤石调整炉渣流动性，在保证炉渣流动性的条件下，碱度控制在5以上，有助于充分脱氧。在VD处理时，保持足够的极限真空保压时间，在真空度＜67Pa保持25-30分钟，降低钢液中的溶解氧，通过软吹时间≥25分钟，减少钢液中的夹杂物。在浇注过程中，加强氩气保护浇注，减少二次氧化，避免增加钢液中的氧含量及夹杂物含量等。

实施例3夹杂物的控制

通过控制钢中的S含量，控制钢中的硫化物夹杂数量，制定内控S≤0.002％，目标≤0.001％，通过加入RE合金进一步降低S含量及对夹杂物变性处理，硫化物夹杂可以满足要求。通过加强脱氧、提高炉渣吸附夹杂物的能力、软吹及保护浇注等措施，降低夹杂级别。通过加强脱氧，降低夹氧化物夹杂级别。在精炼前期尽量加入足够的Al进行沉淀脱氧，促进脱氧夹杂物在前期产生，避免后期补加时造成后期脱氧产物上浮不充分而增加钢中夹杂物。在冶炼过程中，加强搅拌及软吹控制，促进夹杂物上浮；同时在浇注时，加强保护浇注，避免二次氧化。

实施例4锻造和热处理

在钢锭加热方面，采用了高温及长时加热，降低钢锭的微观偏析，提高性能均匀性，且有助于探伤合格。在钢锭变形方面，采用三镦三拔，充分变形，保证焊合疏松等缺陷，保证探伤。在产品热处理方面，锻造后空冷到350℃装炉，使奥氏体处于过冷状态，在后面的热处理加热过程中，发生分解，细化晶粒；后继续经过两次正火及一次回火，细化晶粒及消除应力，保证产品质量及后续加工的顺利进行。

实施例5

电炉出钢成分

电炉出钢P含量≤0.005％满足工艺要求，出钢Ti≤0.0004％(两炉Ti含量为0.0005％，成品Ti含量均为0.0010％，满足标准要求)，其它满足工艺要求，见表3。

表3 实际生产电炉出钢成分

序号	牌号	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ti
									1	42CrMo4M	0.157	0.004	0.063	0.0043	0.0197	0.032	0.0003
2	42CrMo4M	0.217	0.001	0.053	0.0029	0.0225	0.0446	0.0004
									3	42CrMo4M	0.28	0.004	0.082	0.0053	0.0248	0.0357	0.0004
4	42CrMo4M	0.257	0.003	0.054	0.0048	0.0216	0.0364	0.0003
									5	42CrMo4M	0.147	0.002	0.052	0.0049	0.0273	0.0408	0.0003
6	42CrMo4M	0.194	0.002	0.067	0.0072	0.0178	0.0294	0.0004
									7	42CrMo4M	0.123	0.003	0.061	0.0042	0.0244	0.047	0.0004
8	42CrMo4M	0.125	0.003	0.077	0.0044	0.0244	0.0371	0.0003
									9	42CrMo4M	0.2	0.001	0.084	0.0047	0.0214	0.0429	0.0003
10	42CrMo4M	0.099	0.001	0.079	0.0027	0.0203	0.0398	0.0003

精炼出钢成分

精炼操作过程采用高碱度渣，脱氧充分，S含量达到了比较低的水平含量、满足对杂质元素的控制要求；精炼出钢S、Ti及其它成分满足设计要求，见下表4。

表4 实际生产精炼出钢成分

VD真空出钢成分

真空前不计烧损按照0.0020％理论计算量加入B铁，真空度＜67Pa保持25-30分钟，软吹时间≥25分钟。B含量满足标准标准要求(5-20ppm)，见表5。

表5 实际生产VD真空出钢成分

成品成分

模铸过程中采用氩气全程保护浇注，且保证氩气管与氩气砖内壁方向相切，避免空气进入钢液。模铸成分Ti、B、P、S满足标准要求，见表6。

表6 实际生产成品成分

均质化变形控制

锻造采用3镦3拔，拔长时，采用大压下操作(20≥％)，保证探伤质量，尽量控制终锻温度，避免晶粒长大。探伤结果良好，没有疏松等由于变形不充分产生的缺陷，实际操作见图3。

在探伤方面，整体情况良好，不存在当量Ф2.0mm以上的缺陷，实际操作见图4。

夹杂物分析

根据锻件夹杂物检测结果，各类夹杂物均≤0.5级，整体控制良好，实现了高纯净化的研制目标，见表7。

表7 锻件检测结果

显微组织

奥氏体晶粒度为7.5级，见图5。纯净度方面，平均O含量为7ppm，最低可实现3ppm；平均H含量为0.9ppm，平均N含量为44ppm，五害元素总和控制在100ppm以内，平均Ti含量为11.28ppm。均质性方面，成分均匀，平均晶粒度达7.5级。冶金质量方面，夹杂物等级、探伤等级、低倍组织完全符合指标要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，其特征在于：包括如下物质：C:0.38-0.43％，Si：0.20-0.30％，Mn:0.60-0.70％，P≤0.0.010％，S≤0.003％，Cr:1.0-1.20％，Mo：0.20-0.30％，V：0.08-0.12％，Ni：0.95-1.20％，Cu≤0.01％，Ti≤0.0015％，Al：0.015-0.030％，B:0.0005-0.0020％，As≤50ppm，Sn≤30ppm，Sb≤30ppm，Pb≤10ppm，Bi≤10ppm，As+Sn+Sb+Pb+Bi≤100ppm，[O]≤12ppm,余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：

步骤一：热装铁水冶炼，在装料前检测留渣和氧化性，根据检测情况判断加入按照100-120Kg/t的量优质石灰，钢水在1530℃-1580℃采用大渣量循环流渣操作，快速脱P；对钢水定时取样检测，电炉出钢前终点C≤0.06％、P≤0.001％，Ti≤0.0003％，出钢温度1650℃-1660℃；

步骤二：钢水到站送电化渣后扒渣处理，扒渣后喂入直径13mmAl线40-70m，进行二次渣料配入，二次渣系配比按照：石灰8-9kg/t加入，进行送电化渣,化渣过程可根据炉渣流动性按照5-7Kg/t的量加入萤石调整；化渣完成后温度控制在1600-1610℃吊包至VD抽空，真空前Al按照0.010-0.030％控制，不倒渣，极限真空≤20Pa,保持时间≥20min后破空取样进行成分检测，钢包吊至精炼工位，送入LF精炼炉；

步骤三：钢包入LF精炼炉先升温至1560-1610℃，视情况补加石灰3-5kg/t，化渣过程根据情况可加入萤石调渣；加入低钛工业纯硅粉40-60Kg、碳粉20-40Kg进行扩散脱氧，渣转白后，保持20min以上，当S≤0.001％，Ti≤0.0005％,其它成分满足要求后，加入碳化稻壳7-9袋(烘烤)，每袋重量为10kg，保证全部覆盖，LF精炼炉出钢温度1591-1596℃；

步骤四：LF精炼炉送出的钢水在浇注温度为1581℃-1584℃，液相线1527℃以及氩气全程保护的条件下进行浇注，浇注完成后冷却，得钢锭。

3.根据权利要求2所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，其特征在于：所述的步骤一中严禁带渣出钢；钢包必须保证无残钢和残渣，或者使用低钛轴承钢专用新包，电炉出钢10吨先加低钛工业硅90kg，后加电石50kg，石灰100kg，低钛预熔精炼渣400kg，根据渣况按照5-7Kg/t的量加入萤石，出钢3/4时全部加完。

4.根据权利要求2所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，其特征在于：所述的步骤四中浇注过程中按照3袋/支钢锭的量加入碳化稻壳：2袋/支钢锭的量加入发热剂，所述碳化稻壳和发热剂采用吊挂+筛网方式加入，距离底部250-280mm吊挂1袋的碳化稻壳和1袋的发热剂，每袋重量为10kg，其余筛网加入。

5.根据权利要求2所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，其特征在于：所述的步骤四中的浇注模具中保温板厚度为55mm，高度为350mm，保温板下底距离钢锭模上沿930mm，浇注高度300mm，在300mm-320mm处划线。

6.根据权利要求2所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，其特征在于：所述的步骤四中浇注前模具模温为：40-80℃。

7.根据权利要求2所述的一种盾构机轴承用42CrMo4M钢，其特征在于：所述的浇注过程为：

7t浇注6支钢锭的锭身浇注时间为：14-16min，锭身浇注速度为：2.4-2.6t/min，帽口浇注时间：7-8min，帽口浇注平均速度：0.6-1.0t/min，脱模时间：5h，冷却方式：热送；

7t浇注5支钢锭的锭身浇注时间为：13-15min，锭身浇注速度为：2.1-2.3t/min，帽口浇注时间：7-8min，帽口浇注平均速度：0.4-0.9t/min，脱模时间：5h，冷却方式：热送。

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