CN115198171A - 一种低密度轴承钢及其冶炼方法 - Google Patents

一种低密度轴承钢及其冶炼方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115198171A
CN115198171A CN202210639315.5A CN202210639315A CN115198171A CN 115198171 A CN115198171 A CN 115198171A CN 202210639315 A CN202210639315 A CN 202210639315A CN 115198171 A CN115198171 A CN 115198171A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bearing steel
refining
furnace
low
density
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210639315.5A
Other languages
English (en)
Inventor
张东
徐晓春
王国柱
赵张发
李磊
赵大志
储晓明
刘晓彬
高桂东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Iron and Steel Co Ltd filed Critical Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority to CN202210639315.5A priority Critical patent/CN115198171A/zh
Publication of CN115198171A publication Critical patent/CN115198171A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0006Adding metallic additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/06Deoxidising, e.g. killing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10Handling in a vacuum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/04Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06Making ferrous alloys by melting using master alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低密度轴承钢及其冶炼方法,轴承钢化学成分以质量百分数计含有:C:0.95~1.05wt%、Si:0.15~0.35wt%、Cr:1.40~1.65wt%、Mn:1~3wt%、Al:2~5wt%,余量为Fe和不可避免的杂质;冶炼方法包括电炉、LF炉和VD炉工序,电炉炉后出钢按序加料,包括高纯石墨碳材→铝丸→高纯石墨碳材→金属锰→铬铁→活性石灰→改性精炼渣精炼;LF精炼工序,根据低密度轴承钢化学成分目标值,进行Mn、Al元素微调。本发明通过添加低密度元素Al、Mn,开发出一种低密度同时能够保证性能的轴承钢,该轴承钢应用于汽车可节约能耗、保护环境。

Description

一种低密度轴承钢及其冶炼方法
技术领域
本发明涉及轴承钢冶炼,具体涉及一种低密度轴承钢及其冶炼方法。
背景技术
传统轴承钢主要成分如下:在高碳铬轴承钢中,C含量一般在0.95%-1.15%,Cr主要是提高钢的淬透性和耐腐蚀性能,使高碳铬轴承钢中碳化物细小、均匀,Cr含量一般在0.5%-1.65%。另一方面,汽车轻量化可有效改善汽车性能,降低汽车燃油消耗以及碳排放。数据表明,汽车自重每减轻100kg,百公里油耗将减少0.3-0.5L,碳排放减少8-11g,同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率,使汽车的动力性和承载能力提高。轴承作为各类机电产品配套机械基础件,广泛应用在汽车上,汽车轻量化目标直接影响轴承钢发展方向。如何实现轴承钢轻量化同时保证其性能是需要解决的问题。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提出一种低密度,同时能够保证性能的轴承钢;本发明的第二目的是提出该轴承钢的冶炼方法。
技术方案:本发明所述的低密度轴承钢化学成分以质量百分数计含有:C:0.95~1.05wt%、Si:0.15~0.35wt%、Cr:1.40~1.65wt%、Mn:1~3wt%、Al:2~5wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。
铝是钢铁材料降低密度的最有效元素。定量的说,Al元素质量分数每增加1%,钢的比重将会下降约1.3%。这是因为Al原子具有较小的原子半径和原子量,固溶于钢中可引起较大的晶格畸变并显著降低材料的平均原子质量,从而有效地的减小材料的密度。除此之外,Al含量的变化还会影响低密度钢材料的相组成。当Al含量过高时,会与钢中Fe元素结合生成Fe3Al和FeAl相金属间化合物,对材料的力学性能产生影响。另外,Al的添加能够提髙轴承钢的共析点的碳含量,抑制网状碳化物形成。这是因为Al是铁素体形成元素,非碳化物形成元素,在奥氏体转变形成渗碳体的过程中不参与碳化物的形成。因而碳化物在形核、长大时需要排开这类非碳化物形成元素(Al)才有利于自身的形成,晶界碳化物生成的扩散动力学条件也受到晶界区域这类非碳化物形成元素原子的制约,其形成也就受到阻碍。因此,Al对奥氏体的稳定性影响具有二元性,一方面,Al元素使A3温度升高,缩小奥氏体相区;而另一方面,显著增加奥氏体的层错能,强烈抑制ε马氏体相变,起到稳定奥氏体的作用,控制钢中Al含量为2-5%较为合宜。
Mn元素的添加可扩大奥氏体相区,提高室温下残留奥氏体的含量及合金的层错能,降低Ms点,Mn具有固溶强化作用及细化晶粒的作用。同时,Mn的加入则可以有效稳定奥氏体组织,避免由于Al的添加而生成较多铁素体进而影响钢的力学性能。然而,奥氏体中Mn含量过高会导致其过于稳定,不利于TRIP效应的产生,同时容易形成带状组织,对轴承钢化学性能产生危害,因此控制钢中Mn元素为1-3%。
本发明中,采取向钢中添加低密度元素Mn、Al,含量分别为Mn:1-3%,Al:2-5%,常规轴承钢的密度是7.665g/cm3(晶体结构完全是体心立方组织(BCC)马氏体结构),通过Mn、Al对Fe原子的置换作用,降低轴承钢的密度,使得轴承钢中体心立方组织(BCC)马氏体的密度最低为7.036g/cm3,将轴承钢密度降低8.2%。
本发明还保护一种低密度轴承钢的冶炼方法,包括电炉、LF炉和VD炉工序,电炉炉后出钢按序加料,包括高纯石墨碳材→铝丸→高纯石墨碳材→金属锰→铬铁→活性石灰(7-9)→改性精炼渣精炼(7-9);LF精炼工序,根据低密度轴承钢化学成分目标值,进行Mn、Al元素微调。
其中,控制电炉出钢温度≥1600℃,出钢20t开始依据钢种要求加料。
LF精炼时间≥35min,快速造白渣,造白渣时间≤20min,白渣保持时间≥25min。
LF精炼过程中,根据精炼渣况或钢水中〔S〕含量适当补加活性石灰,采用铝丝或硅铁粉进行扩散脱氧。
VD炉工序中,真空度≤1mbar,保持时间≥20min。
有益效果:本发明与现有技术相比,具有如下显著优点:本发明基于基础理论研究与试验,通过添加低密度元素Al、Mn,开发出一种低密度同时能够保证性能的轴承钢,该轴承钢应用于汽车可节约能耗、保护环境。
具体实施方式
实施例1
冶炼GCr15轴承钢,其成分以质量百分数计如下表:
C Si Cr Mn(目标) Al(目标)
0.95-1.05 0.15-0.35 1.40-1.65 1% 2%
工艺路径为:100tEAF(电弧炉)-100tLF(精炼炉)-100tVD(真空炉)
(1)出钢温度1620℃,炉后出钢过程中加料如下表;
Figure BDA0003683189950000021
添加时间为出钢20吨,添加顺序为高纯石墨碳材→铝丸→高纯石墨碳材→金属锰→铬铁→活性石灰→改性精炼渣精炼。
(2)精炼时间为85min,造白渣时间16min,白渣保持时间69min。
(3)精炼过程中,冶炼过程中采取铝丝进行渣面脱氧,加入量为150kg。
(4)精炼过程中,依据目标值对Mn、Al元素含量进行微调整。
(5)真空工序在真空度≤1mbar以下保持20min。
(6)真空后搅拌时间55min。
(7)检测终点元素含量如下表。
C Si Cr Mn Al
0.96 0.23 1.51 1.03% 2.016%
实施例2
冶炼GCr15轴承钢,其成分以质量百分数计如下表;
C Si Cr Mn(目标) Al(目标)
0.95-1.05 0.15-0.35 1.40-1.65 1% 5%
工艺路径为:100tEAF(电弧炉)-100tLF(精炼炉)-100tVD(真空炉)
(1)出钢温度1639℃,炉后出钢过程中加料如下表;
Figure BDA0003683189950000031
添加时间为出钢20吨,添加顺序为高纯石墨碳材→铝丸→高纯石墨碳材→金属锰→铬铁→活性石灰→改性精炼渣精炼。
(2)精炼时间为96min,造白渣时间18min,白渣保持时间78min。
(3)精炼过程中,冶炼过程中采取铝丝进行渣面脱氧,加入量为150kg。
(4)精炼过程中,依据目标值对Mn、Al元素含量进行微调整。
(5)真空工序在真空度≤1mbar以下保持20min。
(6)真空后搅拌时间52min。
(7)检测终点元素含量如下表。
C Si Cr Mn Al
0.97 0.24 1.54 1.05% 4.955%
实施例3
冶炼GCr15轴承钢,其成分以质量百分数计如下表;
C Si Cr Mn Al
0.95-1.05 0.15-0.35 1.40-1.65 3% 2%
工艺路径为:100tEAF(电弧炉)-100tLF(精炼炉)-100tVD(真空炉)
(1)出钢温度1640℃,炉后出钢过程中加料如下表;
Figure BDA0003683189950000032
添加时间为出钢20吨,添加顺序为高纯石墨碳材→铝丸→高纯石墨碳材→金属锰→铬铁→活性石灰→改性精炼渣精炼。
(2)精炼时间为83min,造白渣时间16min,白渣保持时间67min。
(3)精炼过程中,冶炼过程中采取铝丝进行渣面脱氧,加入量为150kg。
(4)精炼过程中,依据目标值对Mn、Al元素含量进行微调整。
(5)真空工序在真空度≤1mbar以下保持20min。
(6)真空后搅拌时间48min。
(7)检测终点元素含量如下表。
C Si Cr Mn Al
0.97 0.23 1.51 3.23% 2.018%
实施例4
冶炼GCr15轴承钢,其成分以质量百分数计如下表;
C Si Cr Mn Al
0.95-1.05 0.15-0.35 1.40-1.65 3% 5%
工艺路径为:100tEAF(电弧炉)-100tLF(精炼炉)-100tVD(真空炉)
(1)出钢温度1638℃,炉后出钢过程中加料如下表;
Figure BDA0003683189950000041
添加时间为出钢20吨,添加顺序为高纯石墨碳材→铝丸→高纯石墨碳材→金属锰→铬铁→活性石灰→改性精炼渣精炼。
(2)精炼时间为66min,造白渣时间15min,白渣保持时间51min。
(3)精炼过程中,冶炼过程中采取铝丝进行渣面脱氧,加入量为150kg。
(4)精炼过程中,依据目标值对Mn、Al元素含量进行微调整。
(5)真空工序在真空度≤1mbar以下保持20min。
(6)真空后搅拌时间43min。
(7)检测终点元素含量如下表。
C Si Cr Mn Al
1.02 0.26 1.56 3.15% 5.023%

Claims (6)

1.一种低密度轴承钢,其特征在于:化学成分以质量百分数计含有:C:0.95~1.05wt%、Si:0.15~0.35wt%、Cr:1.40~1.65wt%、Mn:1~3wt%、Al:2~5wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述低密度轴承钢的冶炼方法,包括电炉、LF炉和VD炉工序,其特征在于:电炉炉后出钢按序加料,包括高纯石墨碳材→铝丸→高纯石墨碳材→金属锰→铬铁→活性石灰→改性精炼渣精炼;LF精炼工序,根据低密度轴承钢化学成分目标值,进行Mn、Al元素微调。
3.根据权利要求2所述的冶炼方法,其特征在于:控制电炉出钢温度≥1600℃。
4.根据权利要求2所述的冶炼方法,其特征在于:LF精炼时间≥35min,造白渣时间≤20min,白渣保持时间≥25min。
5.根据权利要求2所述的冶炼方法,其特征在于:LF精炼过程中,采用铝丝或硅铁粉进行扩散脱氧。
6.根据权利要求2所述的冶炼方法,其特征在于:VD炉工序中,真空度≤1mbar,保持时间≥20min。
CN202210639315.5A 2022-06-08 2022-06-08 一种低密度轴承钢及其冶炼方法 Pending CN115198171A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210639315.5A CN115198171A (zh) 2022-06-08 2022-06-08 一种低密度轴承钢及其冶炼方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210639315.5A CN115198171A (zh) 2022-06-08 2022-06-08 一种低密度轴承钢及其冶炼方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115198171A true CN115198171A (zh) 2022-10-18

Family

ID=83576760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210639315.5A Pending CN115198171A (zh) 2022-06-08 2022-06-08 一种低密度轴承钢及其冶炼方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115198171A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6855218B1 (en) * 1999-03-13 2005-02-15 Thyssen Krupp Stahl Ag Method for producing a hot-rolled strip
CN102776323A (zh) * 2012-07-30 2012-11-14 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种低氧车轴用钢的冶炼方法
CN103122433A (zh) * 2013-01-31 2013-05-29 西安交通大学 一种超高碳型轴承钢
JP2018197371A (ja) * 2017-05-23 2018-12-13 新日鐵住金株式会社 軸受用鋼及び軸受部品
CN113337694A (zh) * 2021-06-30 2021-09-03 临清市同兴轴承锻造有限公司 一种超高碳型轴承钢的球化退火热处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6855218B1 (en) * 1999-03-13 2005-02-15 Thyssen Krupp Stahl Ag Method for producing a hot-rolled strip
CN102776323A (zh) * 2012-07-30 2012-11-14 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种低氧车轴用钢的冶炼方法
CN103122433A (zh) * 2013-01-31 2013-05-29 西安交通大学 一种超高碳型轴承钢
JP2018197371A (ja) * 2017-05-23 2018-12-13 新日鐵住金株式会社 軸受用鋼及び軸受部品
CN113337694A (zh) * 2021-06-30 2021-09-03 临清市同兴轴承锻造有限公司 一种超高碳型轴承钢的球化退火热处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109988971B (zh) 一种生产特超级纯净高速工具钢的方法
CN112941406B (zh) 一种刀剪用不锈钢
CN114395657A (zh) 一种高洁净铁路货车用电渣轴承钢及其冶炼方法
WO2017043091A1 (ja) 焼結部材原料用合金鋼粉の製造方法
CN112779468B (zh) 一种高性能汽车齿轮用钢及其生产方法
CN109536840B (zh) 一种用微镁处理提升连铸高品质模具钢及其制备方法
CN115198171A (zh) 一种低密度轴承钢及其冶炼方法
CN115491575B (zh) 一种高碳铬风电轴承钢及其生产工艺
CN112680661B (zh) 一种合金钢及其制备方法
CN114525374A (zh) 一种高强度灰铸铁用含钪钇的钒锰铬孕育剂及制备方法
CN113337783A (zh) 一种钡洁净化铁铬铝合金的生产方法
CN114277302A (zh) 一种含钛控氮奥氏体不锈钢非金属夹杂物的控制方法
CN113106334A (zh) 一种rv减速器摆线轮用钢及其制备方法
CN115404405B (zh) 一种Y、Mg-Al复合处理非调质钢及其制备方法
CN110904388A (zh) 一种挖掘机履带钢BG45MnCrB及其制备方法
EP3802899B1 (en) Silicon based alloy, method for the production thereof and use of such alloy
CN117701829B (zh) 一种取向硅钢的控氮方法
CN114703422B (zh) 基于slm工艺用高性能注塑模具钢粉末及制备方法
CN115505819B (zh) 一种高断裂韧性中高碳钢的生产方法
CN110835711B (zh) 一种大线能量焊接用钢板及其制备方法
CN115074605B (zh) 一种热作模具钢及其制备方法
CN115976300A (zh) 一种细化高碳钢中夹杂物的方法
CN115404392B (zh) 一种控制硅镇静钢MnS夹杂物形态的方法
CN118007021A (zh) 一种中碳高强、高韧性连杆用非调质钢的制备方法
CN115011758A (zh) 一种板坯中碳钢采用rh冶炼的工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20221018