CN116790962A - 一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺，采用电炉冶炼、炉外精炼、连铸和轧制工艺生产规格Φ55mm轴承钢，满足了GB/T18254特级轴承钢标准；合理的成分设计和生产工艺使该轴承钢具有较低氧、钛、钙含量，钛含量达到了10ppm以内，氧含量达到6ppm以内，保证了轴承钢具有较高的纯净度，完全满足轴承钢高的疲劳强度、弹性强度、屈服强度和高的韧性、耐磨性，高且均匀的硬度，高寿命等一系列要求，产品质量稳定；成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、金相均满足高端产品要求；高碳出钢对于电炉生产轴承钢夹杂物控制，提高轴承钢产品质量等级意义重大，实现了电炉连铸流程批量生产高品质轴承用钢GCr15棒材的突破。

Description

一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺

技术领域

本发明属于特殊钢生产技术领域，具体涉及一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺。

背景技术

对于轴承钢来说，需求量将进一步扩大，轴承钢质量等级也会要求越来越高。虽然目前国内生产轴承钢的钢厂已初具规模，但与国外钢厂相比，在产品质量等级上还有差距，主要在夹杂物控制水平方面，而夹杂物的含量直接与钢水中氧势有关。目前轴承钢生产一般采用转炉低碳复吹双渣或多渣冶炼方法，此方法终点碳含量低，出钢温度高，出钢氧势高，对后续精炼处理、成品氧含量产生不利影响。降低钢水氧含量可显著降低成本，提高钢水纯净度，降低钢水[O]含量，可节约合金消耗，降低钢水成本，为此，如果稳定控制轴承钢电炉高碳出钢，对于电炉生产轴承钢夹杂物控制，提高轴承钢产品质量等级意义重大。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺，开发了具有低氧钛钙含量和高纯净度用钢GCr15，既保证轴承钢低钛含量，又具有低氧、低钙、低夹杂物含量等指标，还保证轴承钢具有较高的纯净度，满足了高端轴承用钢的需求；能够有效降低轴承钢中氧、钛含量，提高钢水纯净度，显著降低成本，实现了电炉连铸流程批量生产高品质轴承用钢GCr15棒材的突破。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺，为了满足高纯净轴承钢节约合金消耗，降低钢水成本要求：电炉出钢C：≥2.0％；确定内控化学成分C：0.96～1.04％，Si：0.17～0.30％，Mn：0.27～0.37％，P：≤0.012％，S：≤0.010％，Cr：1.41～1.50％，Ni：≤0.15％，Mo：≤0.08％，Cu：≤0.15％。

为了保证钢材纯净度，需要钢材氧含量≤6ppm、钛含量≤10ppm。

一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺，所述工艺路线如下：电炉冶炼→高碳出钢→炉外精炼LF→炉外精炼VD→连铸中方坯(235×265mm)→热送(缓冷)→加热→轧制→冷却→精整→检验→包装缴库→发货。

一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺，进一步的，所述电炉(50t)冶炼：采用废钢加铁水作为炉料，废钢采用的是不含杂质元素的优质废钢，配比为30％～40％，铁水采用低钛铁水，配比60％～70％，要求每炉铁水与废钢配比稳定；要求铁水成份P：≤0.1％，S：≤0.04％，Si：0..3％～0.6％，铁水要求≥1300℃且稳定控制。三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，出钢要求，C≥0.20％、P≤0.008％，其它残余元素合格，温度1640～1680℃，出钢1/4～1/3时加入渣料、预脱氧剂、铁合金。合金使用铝铁、铝锭、中锰、低钛高铬、低碳硅铁等；辅料使用轴承钢合成渣500kg/炉、钢包石灰200kg+500kg/炉、低钛增碳剂、碳化硅、石英砂等。

上述技术方案中，进一步的，所述高碳出钢：吹炼前期低温的有利条件实现钢-渣充分脱磷、前期双渣后进行少渣冶炼、高碳出钢。在冶炼过程中采用合金烘烤制度，增加炉中的物理热，弥补高碳出钢终点温度不合的缺陷。冶炼中待炉料熔化，形成熔池后开始由推钢机推入废钢，在2级操作画面中选择60％铁水比模型供电，供电时间参考值10-20min、电能消耗参考0-50kwh/t。高碳出钢条件下出钢碳质量分数控制在≥0.2％钢水，w(P)≤0.01％的冶炼工艺技术，充分发挥电炉高碳出钢时钢水洁净度高的技术优势，形成电炉高拉碳生产方式冶炼轴承钢的工艺技术。通过稳定的钢包预热，弥补出钢过程钢包至精炼站温度。

上述技术方案中，进一步的，所述LF炉外精炼：钢包进站后吹氩3min后测温取样，加入造渣材料(石灰、萤石、电石等)进行造渣操作，第一批加入扩散脱氧剂碳化硅0.5～2kg/t进行扩散脱氧，闭炉门10min，加入第二批，总加入量0.5～3kg/t，造白渣，温度符合要求，取一次样；精炼全过程严禁使用含Ca脱氧剂。全分析后继续扩散脱氧，保持还原气氛至吊包，白渣保持时间不少于20min。脱氧良好后按控制成分目标加入烘烤的低钛高铬、中锰、低钛高Cr、铝线等合金，将成分调整到目标。全程控制氩气压力0.2～0.4MPa，以渣面波动，钢水不裸露为准，防止钢水裸露造成二次氧化。LF终点成分按质量百分比计控制为C：1.0.5～1.03％、Si：0.19～0.23％、Mn：0.27～0.29％、Cr：1.43～1.46％、Alt：0.11～0.16％、P：≤0.010％、S：≤0.004％。

上述技术方案中，进一步的，所述VD精炼：入VD温度1500～1600℃，真空度达到100Pa以下，保持时间≤20min。复压后静吹氩时间≥25min，氩气压力0.1～0.3MPa，以渣面微动，钢水不裸露为准，防止二次氧化。吊包温度控制在1510～1540℃，VD过程未补加合金和增碳剂。

上述技术方案中，进一步的，所述连铸工艺：大包平台第一炉温度1550～1560℃，中间包温度1470～1480℃，拉速0.650～0.75m/min，二冷水比水量0.30L/kg，结晶器电磁搅拌电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz。严格执行全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用专用保护渣。铸坯热送或保温，保温时间≥16h。

上述技术方案中，进一步的，加热工艺：坯料优先热装，不具备热装条件坯料保温时间≥30h，坯料加热温度控制在1190℃～1210℃，并应保证坯料高温扩散时间≥90min。

上述技术方案中，进一步的，产材规格Φ55mm轧制工艺：开轧温度1100℃～1200℃，终轧温度850℃～1000℃；采用穿水工艺，穿水钢材终轧温度目标控制在750℃～850℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

①采用50t电炉+LF+VD+连铸锭冶炼工艺和轧制工艺生产高品质轴承钢，生产规格为Φ55mm，满足GB/T18254特级轴承钢标准。

②合理的成分设计和生产工艺使该轴承钢具有较低的氧、钛、钙含量，钛含量达到了10ppm以内、氧含量达到6ppm以内，完全满足轴承用钢高的疲劳强度、弹性强度、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度，高寿命等一系列要求，产品质量稳定。

③成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、金相均满足高端产品要求。

④高碳出钢，对于电炉生产轴承钢夹杂物控制，提高轴承钢产品质量等级意义重大。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。为免赘述，以下实施例中的原材料若无特别说明则均为市售产品，所用方法若无特别说明则均为常规方法。

实施例

一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺，所述工艺路线如下：50t电炉冶炼→高碳出钢→炉外精炼LF→炉外精炼VD→连铸中方坯(235×265mm)→热送(缓冷)→加热→轧制→冷却→精整→检验→包装缴库→发货。

1、50t电炉冶炼：采用废钢加铁水作为炉料，废钢采用的是不含杂质元素的优质废钢，配比为36％，铁水采用低钛铁水，配比64％，每炉铁水与废钢配比稳定；铁水成份P：≤0.1％，S：≤0.04％，Si：0..3％～0.6％，铁水要求≥1300℃且稳定控制。出钢温度1657～1664℃，出钢时候C为0.2～0.48％，P≤0.008％。合金吨钢加入量：铝铁2.6kg/t，中锰3.4kg/t，低碳铬铁6.8kg/t。

2、高碳出钢：吹炼前期低温条件实现钢-渣充分脱磷、前期双渣后进行少渣冶炼、高碳出钢。在冶炼过程中采用合金烘烤制度，增加炉中的物理热，弥补高碳出钢终点温度不合的缺陷。冶炼中待炉料熔化，形成熔池后开始由推钢机推入废钢，在2级操作画面中选择60％铁水比模型供电，供电时间15min。高碳出钢条件下出钢碳质量分数控制在≥0.2％钢水，w(P)≤0.01％的冶炼工艺技术，充分发挥电炉高碳出钢时钢水洁净度高的技术优势，形成电炉高拉碳生产方式冶炼轴承钢的工艺技术。通过稳定的钢包预热，弥补出钢过程钢包至精炼站温度。

3、LF炉精炼：精炼时间85min，分批次加入CaO 500kg，合成渣500kg，碳化硅粉80kg，碳粉20kg，渣白，取样、测温，第一次通电造渣25min，第二次通电25min，并分批加入低钛碳粉80kg，低钛铬铁80kg，中Mn 60kg，铝线70米，测温取样后，第三次加入低钛碳粉10kg，通电5min，渣白，脱氧良好，渣白后测温取一次样；精炼全过程严禁使用含硅钙粉、硅钙线等含Ca脱氧剂。一次样全分析后，继续扩散脱氧，保持白渣状态至吊包，保持时间30min。脱氧良好后按控制成分目标加入烘烤的低钛高铬、中锰、低碳硅铁等合金，将成分调整到目标。全程控制氩气压力0.2～0.4MPa，以渣面波动，钢水不裸露为准，防止钢水裸露造成二次氧化。LF终点成分按质量百分比计控制为C：1.0％、Si：0.23％、Mn：0.29％、Cr：1.43％、Alt：0.011％、P：0.007％、S：0.001％。吊包温度1600℃。

4、VD精炼：真空度达到100Pa以下，保持时间20min。复压后静吹氩时间34min，氩气压力0.23MPa，渣面微动，钢水不裸露，防止二次氧化。吊包温度在1517℃。

5、连铸工艺：大包平台温度1515℃，中间包温度1472℃、1474℃、1474℃，1475℃拉速0.70m/min，过热度分别为22℃、24℃、24℃、25℃，二冷水比水量0.30L/kg，结晶器电磁搅拌电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz。严格执行全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用专用保护渣。

6、加热工艺：

坯料优先热装，不具备热装条件坯料保温时间≥30h，坯料加热温度控制在1190℃～1210℃，并应保证坯料高温扩散时间≥90min。预热段温度≤800℃，坯料保温时间≥30h，加热1段温度800-950℃，升温速度≤100℃/h，加热2段温度950-1190℃，升温速度≤180℃/h，均热段温度1190-1210℃，保温4h，出炉温度1190-1210℃。

7、产材规格Φ55mm轧制工艺：

开轧温度1100℃～1200℃，终轧温度850℃～1000℃；采用穿水工艺，穿水钢材终轧温度目标控制在750℃～850℃。

实施例的成品成分：C：1.03％、Si：0.23％、Mn：0.29％、Cr：1.43％、Alt：0.011％、P：0.007％、S：0.001％、Mo：0.01％、Cu：0.01％、Ni：0.02％、O：0.0006％、Ti：0.0010％。

实施例的成品Φ55mm规格低倍组织检验结果，如表1所示；实施例的夹杂物评级如表2所示。

表1本发明实施例的Φ55mm规格低倍组织

表2实施例的夹杂物评级

对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺，其特征在于，所述高纯净轴承钢的化学成分质量百分含量要求C：0.96～1.04％，Si：0.17～0.30％，Mn：0.27～0.35％，P≤0.012％，S≤0.010％，Cr：1.41～1.50％，Ni≤0.15％，Mo≤0.08％，Cu≤0.15％，氧含量≤6ppm，钛含量≤10ppm。

2.根据权利要求1所述的高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺，其特征在于，所述工艺路线如下：电炉冶炼→高碳出钢→LF炉外精炼→VD炉外精炼→连铸中方坯→热送→加热→轧制→冷却→精整→检验→包装缴库→发货。

3.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述电炉冶炼：采用废钢加铁水作为炉料，废钢配比为30-40％，铁水配比60-70％；要求铁水成份P≤0.1％，S≤0.04％，Si：0.3-0.6％。

4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于，所述高碳出钢：电炉终点碳控制在0.2wt％以上。

5.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述炉外精炼LF：LF终点成分按质量百分比计控制为C：1.0.5～1.03％、Si：0.19～0.23％、Mn：0.27～0.29％、Cr：1.43～1.46％、Alt：0.11～0.16％、P≤0.010％、S≤0.004％。

6.根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于，所述VD精炼：入VD温度1500-1600℃，真空度达到100Pa以下，保持时间≤20min；复压后静吹氩时间≥25min，氩气压力0.1-0.3MPa。

7.根据权利要求6所述的生产工艺，其特征在于，所述连铸：中间包温度1470～1480℃，拉速0.650～0.75m/min，二冷水比水量0.30L/kg，结晶器电磁搅拌电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz。

8.根据权利要求7所述的生产工艺，其特征在于，所述加热工艺：坯料加热温度控制在1190℃～1210℃，并保证坯料高温扩散时间≥90min。

9.根据权利要求8所述的生产工艺，其特征在于，所述轧制工艺：开轧温度1100℃～1200℃，终轧温度850℃～1000℃；采用穿水工艺，穿水钢材终轧温度目标控制在750℃～850℃。