CN117926137A - 一种汽车轴承用钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轴承钢技术领域,具体涉及一种汽车轴承用钢及其制备方法。汽车轴承用钢的成分范围为C:0.15‑0.25%,Si:0.15‑0.35%,Mn:0.75‑1.00%,Cr:0.80~1.00%,Cu:0.05‑0.25%、Al:0.030~0.050%,P≤0.025%,S≤0.020%,Ca≤0.0010%,Ti≤0.0030%,N:100‑250ppm,其余为Fe和不可避免的杂质。制备方法包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空、连铸、棒材轧制。本发明通过合理设计成分,优化冶炼及控轧控冷工艺,冶炼的钢具有高均质化,高纯净度,晶粒细小,疲劳寿命高的特点,经长时间高温渗碳不混晶,可显著降低下游客户加工成本。
Description
技术领域
本发明属于轴承钢技术领域,具体涉及一种汽车轴承用钢及其制备方法。
背景技术
渗碳轴承钢属于优质低碳合金结构钢,是各种机械部件的支承,广泛应用于机械设备制造领域。渗碳轴承钢的结构特点和工作条件要求轴承零件必须具备高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度、良好的韧性、尺寸稳定性、耐蚀和冷热加工性能。渗碳轴承钢是在材料表层适当深度范围内进行渗碳,使其具有致密的组织,并形成硬化层,而中心部位硬度较低,具有较好的心部冲击韧度,由于渗碳轴承钢的使用性能很好,其寿命与高碳铬轴承钢相同。作为用在汽车安全件上的钢材,则对其使用寿命、安全性上要求更高。为此特钢生产企业也就渗碳轴承钢的生产工艺进行了相关研究。如专利号CN202110718201一种渗碳轴承用钢的冶炼工艺,根据描述采用VD炉进行真空处理,VD真空过程钢渣混冲,必然导致钢中的低熔点钙铝酸盐夹杂增加,及时长时间软吹但效果仍不明显;真空后喂入铝线,也会导致钢中新的夹杂物生成,降低钢水纯净度。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种汽车轴承用钢及其制备方法。
本发明提供的一种汽车轴承用钢,为渗碳钢,其化学成分按质量百分比计为:C:0.15-0.25%,Si:0.15-0.35%,Mn:0.75-1.00%,Cr:0.80~1.00%,Cu:0.05-0.25%、Al:0.030~0.050%,P≤0.025%,S:0.010-0.030%,Ca≤0.0010%,Ti≤0.0030%,N:100-250ppm,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述汽车轴承用钢的制备方法,包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空、连铸、棒材轧制工序,具体步骤如下:
(1)转炉工序
转炉采用单渣法冶炼,全程底吹氮气。出钢C含量控制为0.07-0.15%,出钢过程中加入100kg-200kg铝块进行强脱氧,采用硅铁、低碳铬铁、低碳锰铁合金进行合金化,硅铁合金全部在转炉炉后加入,其他合金不做特殊要求,可在转炉炉后加入或者精炼炉补加。利用转炉炉后滑板挡渣+挡渣锥的双挡出钢,红外下渣检测监控,严禁出钢下渣,加入500kg石灰、300kg化渣剂,出钢温度≥1600℃,出钢时间≥3.5min。
(2)LF精炼工序
精炼通电化渣,底吹氩气流量调整至0.6-0.7MPa,前期使用铝粒和碳化硅脱氧,补加≤50kg石灰,控制炉渣二元碱度4.0-6.0,根据样品调整成分,铝含量按照0.070-0.080%调整,精炼中后期底吹氩气流量调整至0.25-0.35MPa,使用碳化硅保渣,出站Mn按照0.65-0.75%、Al按照0.50-0.60%控制,除氮含量外,其他元素按照目标值控制。
(3)RH真空工序
RH真空过程中提升气体流量设定≥120Nm3/h,提升气体种类为氮气。真空度达到67Pa以下,保压时间≥15min,破空后根据精炼出站锰含量补加氮锰线400-600m,目标Mn含量0.77-0.79%,禁止喂入钙线或其他改变夹杂物形态的材料,软吹时间≥30min。
(4)方坯连铸工序
采用稳定过热度、低拉速浇注,结合合适的二冷制度、首末端电磁搅拌,拉速为0.85m/min,比水量为0.25L/min,内、外、左、右弧分配分别为20%、24%、28%、28%,结晶器电磁搅拌250A/3Hz,末端电磁搅拌100A/6Hz。并开启长水口氩封及中间包氩封,并使用碱性覆盖剂及优质碳化稻壳,确保中包黑渣面覆盖;使用吹氩水口浇注,吹氩水口流量1.0-2.0NL/min,背压≥0.8MPa,全自动加渣系统确保结晶器黑渣面浇注。
(5)棒材轧制工序
冷坯进炉,采用步进式加热炉加热,预热段温度750-900℃,加热一段950-1150℃,加热二段、均热段1150-1230℃,步进节奏78-146s/支,总加热时间140-260min,开轧温度1050-1150℃;第1轧制道次变形比≥1.25,第2道次轧制变形比≥1.3,使用水箱轧中穿水降温,充分返温后采用kocks轧机终轧温度850-950℃,上冷床温度820-920℃。
本发明的有益效果在于:
1、本发明通过合理设计成分控制,优化氮含量过程控制,达到细化晶粒的目的,配合适合的加热及轧制工艺,经长时间高温渗碳不混晶,更利于客户使用,且可显著降低下游客户的加工成本。
2、本发明通过优化连铸工艺,采用慢拉速、强搅拌、弱冷却的浇注方式,同时,由于弧形连铸机重力作用,往往内弧柱状晶更发达,本发明单独控制降低内弧水量,抑制凝固过程内弧柱状晶的生长,提高等轴晶比例,配合轧钢前2轧制道次大变形轧制,破碎铸坯遗传的树枝状晶,使圆钢的低倍质量更优,宏观组织更加均匀。
3、本发明通过优化渣料配比、过程铝含量控制,吹氩水口浇注,禁止钙处理措施,在保证钢水可浇性的同时,纯净度显著提升。轧制成的钢材经10M探头(增益21dB)+50M探头水浸探伤未发现缺陷,钢材洁净度完全满足汽车用钢的要求,安全性显著提高。
附图说明
图1为实施例1制得的棒材10M探头水浸探伤C扫图;
图2为对比例1制得的棒材10M探头水浸探伤C扫图;
图3为实施例1制得的棒材50M探头水浸探伤C扫图;
图4为对比例4制得的棒材50M探头水浸探伤C扫图;
图5为实施例2制得的棒材低倍镜下照片;
图6为对比例3制得的棒材低倍镜下照片;
图7为实施例2制得的棒材980℃渗碳后晶粒度;
图8为对比例5制得的棒材980℃渗碳后晶粒度(混晶)。
具体实施方式
采用转炉冶炼→LF精炼→RH真空→连铸→棒材轧制工艺生产汽车轴承用钢。冶炼成品成份控制:C:0.15-0.25%,Si:0.15-0.35%,Mn:0.75-1.00%,Cr:0.80~1.00%,Cu:0.05-0.25%、Al:0.030~0.050%,P≤0.025%,S:0.010-0.030%,Ca≤0.0010%,Ti≤0.0030%,N:100-250ppm。
本发明中所用原料、设备,若无特别说明,均为本领域的常用原料、设备;本发明中所用方法,若无特别说明,均为本领域的常规方法。
实施例1
(1)转炉工序
120t转炉采用单渣法冶炼,全程底吹氮气。出钢C含量控制为0.12%,出钢过程中加入120kg铝块进行强脱氧,采用硅铁、低碳铬铁、低碳锰铁合金进行合金化,利用转炉炉后滑板挡渣+挡渣锥的双挡出钢,红外下渣检测监控,严禁出钢下渣,加入500kg石灰、300kg化渣剂,出钢温度1610℃,出钢时间4min。
(2)LF精炼工序
精炼通电化渣,底吹氩气流量调整至0.65MPa,前期使用铝粒和碳化硅脱氧,补加50kg石灰,控制炉渣二元碱度4.5,根据样品调整成分,铝含量按照0.075%调整,精炼中后期底吹氩气流量调整至0.28MPa,使用碳化硅保渣,出站Mn按照0.66%、Al按照0.58%控制,除氮含量外,其他元素按照目标值控制。
(3)RH真空工序
RH真空过程中提升气体流量设定120Nm3/h,提升气体种类为氮气。真空度达到67Pa以下,保压时间16min,破空后喂入600m氮锰线,(氮锰线按每百米增加0.02%Mn计算)禁止喂入钙线或其他改变夹杂物形态的材料,软吹时间33min。
(4)方坯连铸工序
采用稳定24℃过热度、拉速为0.85m/min,比水量为0.25L/min,内、外、左、右弧分配分别为20%、24%、28%、28%,结晶器电磁搅拌250A/3Hz,末端电磁搅拌100A/6Hz。浇注时开启长水口氩封及中间包氩封,并使用碱性覆盖剂及优质碳化稻壳,确保中包黑渣面覆盖;使用吹氩水口浇注,全自动加渣系统确保结晶器黑渣面浇注。
(5)棒材轧制工序
冷坯进炉,采用步进式加热炉加热,预热段温度800-900℃,加热一段980-1100℃,加热二段、均热段1150-1230℃,步进节奏100s/支,总加热时间190min,开轧温度1100-1140℃,使用水箱轧中穿水降温,充分返温后采用kocks轧机终轧温度880-940℃,上冷床温度840-900℃。
通过上述方法制得的汽车轴承用钢的主要成分及指标:C:0.22%,Si:0.24%,Mn:0.84%,Cr:0.93%,Cu:0.07%,Al:0.035%,P:0.015%,S:0.015%,Ca:0.0002%,Ti:0.0010%,N:140ppm;Al/N:2.5,具体指标见表1、表2。
实施例2
(1)转炉工序
转炉采用单渣法冶炼,全程底吹氮气。出钢C含量控制为0.10%,出钢过程中加入150kg铝块进行强脱氧,采用硅铁、低碳铬铁、低碳锰铁合金进行合金化,利用转炉炉后滑板挡渣+挡渣锥的双挡出钢,红外下渣检测监控,严禁出钢下渣,加入500kg石灰、300kg化渣剂,出钢温度1620℃,出钢时间3.8min。
(2)LF精炼工序
精炼通电化渣,底吹氩气流量调整至0.66MPa,前期使用铝粒和碳化硅脱氧,补加45kg石灰,控制炉渣二元碱度4.9,根据样品调整成分,铝含量按照0.073%调整,精炼中后期底吹氩气流量调整至0.25MPa,使用碳化硅保渣,出站Mn按照0.68%、Al按照0.57%控制,除氮含量外,其他元素按照目标值控制。
(3)RH真空工序
真空度达到67Pa以下,保压时间17min,破空后喂入500m氮锰线,禁止喂入钙线或其他改变夹杂物形态的材料,软吹时间30min。
(4)方坯连铸工序
采用稳定25℃过热度,其他条件同实施例1。
(5)棒材轧制工序
冷坯进炉,采用步进式加热炉加热,预热段温度780-880℃,加热一段980-1120℃,加热二段、均热段1180-1220℃,步进节奏96s/支,总加热时间182min,开轧温度1090-1130℃,使用水箱轧中穿水降温,充分返温后采用kocks轧机终轧温度880-950℃,上冷床温度850-910℃。
通过上述方法制得的汽车轴承用钢的主要成分及指标:C:0.21%,Si:0.25%,Mn:0.85%,Cr:0.91%,Cu:0.08%,Al:0.037%,P:0.018%,S:0.015%,Ca:0.0001%,Ti:0.0011%,N:150ppm;Al/N:2.47,具体指标见表1、表2。
对比例1
与实施例1相比,主要区别在于:转炉出钢渣料为300kg石灰+500kg化渣剂,精炼使用石灰量300-400kg。
通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分及指标:C:0.20%,Si:0.28%,Mn:0.85%,Cr:0.92%,Cu:0.08%,Al:0.035%,P:0.019%,S:0.010%,Ca:0.0003%,Ti:0.0010%,N:145ppm;Al/N:2.41,炉渣碱度7.0,具体指标见表1、表2。
对比例2
与实施例1相比,主要区别在于:精炼中后期调铝,RH真空后补喂铝线。
通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分及指标:C:0.21%,Si:0.27%,Mn:0.83%,Cr:0.90%,Cu:0.08%,Al:0.030%,P:0.015%,S:0.014%,Ca:0.0005%,Ti:0.0011%,N:140ppm;Al/N:2.14,具体指标见表1、表2。
对比例3
与实施例2相比,主要区别在于:连铸拉速为0.90m/min,比水量为0.30L/min,各弧水量平均控制,结晶器电磁搅拌150A/3Hz,末端电磁搅拌100A/6Hz。
通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分及指标:C:0.21%,Si:0.27%,Mn:0.84%,Cr:0.91%,Cu:0.07%,Al:0.036%,P:0.012%,S:0.016%,Ca:0.0002%,Ti:0.0011%,N:142ppm;Al/N:2.54,具体指标见表1、表2。
对比例4
与实施例2相比,主要区别在于:不使用吹氩水孔,部分硅铁在精炼炉加入以及采用钙处理保证可浇性。
通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分及指标:C:0.22%,Si:0.25%,Mn:0.90%,Cr:0.93%,Cu:0.06%,Al:0.033%,P:0.016%,S:0.010%,Ca:0.0006%,Ti:0.0011%,N:142ppm;Al/N:2.54,具体指标见表1、表2。
对比例5
与实施例2相比,主要区别在于:kocks轧机终轧温度800-850℃,上冷床温度780-820℃。
通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分:C:0.22%,Si:0.25%,Mn:0.85%,Cr:0.93%,Cu:0.09%,Al:0.037%,P:0.015%,S:0.014%,Ca:0.0001%,Ti:0.0009%,N:1145ppm;Al/N:2.55,具体指标见表1、表2。
表1.各项指标评级(检验标准:GB/T 10561)
表2.各项指标评级
以上所述仅为本发明的较好实施方式,并不用以限制本发明,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改,均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种汽车轴承用钢,其特征在于:所述汽车轴承用钢化学成分按质量百分比计为:C:0.15-0.25%,Si:0.15-0.35%,Mn:0.75-1.00%,Cr:0.80~1.00%,Cu:0.05-0.25%、Al:0.030~0.050%,P≤0.025%,S:0.010-0.030%,Ca≤0.0010%,Ti≤0.0030%,N:100-250ppm,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的汽车轴承用钢的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)转炉工序
转炉采用单渣法冶炼,全程底吹氮气;出钢C含量控制为0.07-0.15%,出钢温度≥1600℃,出钢时间≥3.5min;转炉炉后加入硅铁合金;
(2)LF精炼工序
精炼通电化渣,底吹氩气流量调整至0.6-0.7MPa,前期使用铝粒和碳化硅脱氧,补加≤50kg石灰,控制炉渣二元碱度4.0-6.0,调整钢水成分,铝含量按照0.070-0.080%调整;精炼中后期底吹氩气流量调整至0.25-0.35MPa,使用碳化硅保渣,出站Mn按照0.65-0.75%、Al按照0.50-0.60%控制,除氮含量外,其他元素按照目标值控制;
(3)RH真空工序
真空度达到67Pa以下,保压时间≥15min,破空后根据精炼出站锰含量补加氮锰线400-600m,目标Mn含量0.77-0.79%,禁止喂入钙线或其他改变夹杂物形态的材料,软吹时间≥30min;
(4)方坯连铸工序
采用稳定过热度、低拉速浇注,结合二冷制度、首末端电磁搅拌,并开启长水口氩封及中间包氩封,使用碱性覆盖剂及优质碳化稻壳,确保中包黑渣面覆盖;使用吹氩水口浇注,全自动加渣系统确保结晶器黑渣面浇注;
(5)棒材轧制工序
冷坯进炉,采用步进式加热炉加热,预热段温度750-900℃,加热一段950-1150℃,加热二段、均热段1150-1230℃,步进节奏78-146s/支,总加热时间140-260min,开轧温度1050-1150℃;第1轧制道次变形比≥1.25,第2道次轧制变形比≥1.3,使用水箱轧中穿水降温,充分返温后采用kocks轧机终轧温度850-950℃,上冷床温度820-920℃。
3.如权利要求2所述的汽车轴承用钢的制备方法,其特征在于:步骤(1)中出钢过程中加入100-200kg铝块脱氧,根据出钢碳含量调整加入量;渣料加入配比为500kg石灰、300kg化渣剂。
4.如权利要求2所述的汽车轴承用钢的制备方法,其特征在于:步骤(1)转炉炉后滑板挡渣+挡渣锥的双挡出钢,红外下渣检测监控,严禁出钢下渣。
5.如权利要求2所述的汽车轴承用钢的制备方法,其特征在于:步骤(3)中RH真空过程中提升气体流量设定≥96Nm3/h,保压时间≥15min,并控制Al/N:2.0-3.0。
6.如权利要求2所述的汽车轴承用钢的制备方法,其特征在于:步骤(4)中低过热度浇注,过热度控制为15-25℃。
7.如权利要求2所述的汽车轴承用钢及其制备方法,其特征在于:步骤(4)中的拉速为0.85m/min,比水量为0.25L/min,内、外、左、右弧分配分别为20%、24%、28%、28%,结晶器电磁搅拌250A/3Hz,末端电磁搅拌100A/6Hz。
8.如权利要求2所述的汽车轴承用钢及其制备方法,其特征在于:步骤(4)使用吹氩水口浇注,吹氩水口流量1.0-2.0NL/min,背压≥0.8MPa。
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