CN1563435A - 轴承钢生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种轴承钢生产工艺，在冶炼过程中有效控制钢中氧含量及其它夹杂物，包括加入原料、电炉冶炼、精炼、真空脱氧、连铸等生产步骤，电炉出钢到精炼炉时的钢水温度在1600℃以上，精炼时将精炼用部分渣料石灰、萤石、预脱氧剂及合金加在钢包包底并于在线烘烤位进行烘烤，同时采用铝铁预脱氧及铝线脱氧；真空度≤70Pa，真空保持时间在15分钟以上，真空解除后，静置保持液面微动15～20分钟；连铸时，钢包到中间包长水口氩封保护，使用挡渣堰和双层覆盖剂，同时使用结晶器电磁搅拌；低过热度、低拉速，二冷后段采用气雾冷却。本发明成品钢坯中氧含量在10ppm以下，其性能指标符合国家质量标准。

Description

轴承钢生产工艺
技术领域
本发明是一种轴承钢生产工艺，利用炼钢炉、精炼炉、真空炉连铸生产线生产该类钢种，在冶炼过程中有效控制钢中氧含量及其它夹杂物，属于钢铁冶金技术领域。
背景技术
轴承钢由于独特而又严格的性能要求，自上世纪初发明以来，虽钢种未变，但通过生产装备的进步和工艺的改进，钢的质量显著提高。提高轴承质量的关键是大幅度提高轴承钢的疲劳寿命。轴承的疲劳寿命是一个统计概念：即在一定的载荷条件下，用破坏概率与循环次数之间的关系来表示。除疲劳寿命之外，轴承还必须满足高速、重载、精密、长寿的工艺要求，因而要求轴承钢应具备高强韧性、表面高硬度耐腐蚀，淬透性好、尺寸精度高、尺寸稳定性好等技术指标。如何提高轴承钢的疲劳寿命，近20年国内外开展了大量的研究工作。
最新的研究观点认为：疲劳裂纹首先萌生于表面，再向内部扩展，造成断裂。通常，把轴承钢中的夹杂物和碳化物缺陷视为钢中已存在的裂纹。应力诱发引起应变硬化并产生相变，从而改变钢材组织。在夹杂物或碳化物缺陷与基体间的界面处萌生裂纹，向内扩散。
在衡量轴承钢质量时，各国都把氧含量作为一项重要指标，因钢中的氧几乎全部来自氧化物夹杂，氧化物夹杂是影响轴承使用寿命的主要因素之一，生产实践证明，钢中氧含量低，轴承使用寿命高。
氧的来源：钢中的氧一是电炉的氧化反应包括脱碳、造泡沫渣等带入；二是从外界气体带入，包括电弧将气体电离进入钢中——主要产生在转炉/电炉冶炼过程中；钢水的二次氧化——主要产生在转炉/电炉出钢过程和连铸浇注过程中以及精炼加料过程中钢水液面裸露在大气中吸气；三是从渣料、原材料及耐材中带入，指EAF渣料带入、精炼过程中造渣料及合金带入及各耐材侵蚀进入钢中等，包括了EAF到连铸的整个工艺过程。因此，冶炼高质量的轴承钢，对冶炼的各个工艺点提出了极高的要求，冶炼时必须对各个工艺环节进行严格控制。
如何控制钢水中的氧含量成为各个生产厂家的难题。
发明内容
发明目的：本发明针对上述轴承钢的生产机理出现的一些共性问题，提供了一种轴承钢生产工艺，尽最大可能减少钢中夹杂物，提高钢材纯净度；严格控制和消除钢中碳化物缺陷，提高钢材的组织均匀性，在冶炼过程中通过有效控制各个生产步骤达到减少钢中氧含量的目的。
技术方案：
一种轴承钢生产工艺，包括加入原料、电炉冶炼、精炼、真空脱氧、连铸等生产步骤，具体的操作如下：
(1)电炉中加入原料废钢和生铁或铁水，并加入袋装石灰；
(2)在电炉冶炼过程中，电炉出钢时钢水中碳含量≥0.40％(重量百分比，下同)，并保证电炉出钢到精炼炉时的钢水温度在1600℃以上，控制钢包中钢水液面距钢包沿250～350mm；
(3)精炼时将精炼用部分渣料石灰、萤石、预脱氧剂及合金加在钢包包底并于在线烘烤位进行烘烤，同时采用铝铁预脱氧及铝线脱氧；
(4)真空处理，将温度及成份均合格的钢水吊至真空罐进行处理，真空度≤70Pa，真空保持时间在15分钟以上，真空解除后，静置保持液面微动15～20分钟；
(5)连铸时，从钢包到中间包使用全保护浇注，钢包到中间包长水口氩封保护，中间包上水口内装，使用挡渣堰和双层覆盖剂，同时使用结晶器电磁搅拌；低过热度、低拉速，二冷后段采用气雾冷却。
所述原料中配入的生铁和铁水的总量是30-50％；所述铁水和生铁加入量最佳比例为45～50％；所述的袋装石灰加入量为2～4吨/炉。
电炉出钢毕即开至喂丝位进行喂丝，喂入Al线8～10m/t钢，保证终点AlT≥0.060％，全程底吹氩气搅拌，压力在0.8～1Mpa，流量200～250l/min；
所述的结晶器电磁搅拌时其电流强度控制在300～350A，频率为3～3.5Hz。
中包用小火烘烤2小时，大火烘烤1-1.1小时，确保中包温度达到1000℃以上，中间包使用连续测温系统，钢水过热度控制在15～25℃，拉速控制在1.8～2.0m/min，二冷比水量控制在0.6-0.8l/kg，二冷三、四段使用气雾冷却。
真空处理总时间30-35分钟，氩气流量80-150l/min，压力0.4～0.8MPa。
所述的精炼渣的初始成份：Al2O3含量在17～24％左右，CaO含量在53～62％，MgO含量在5～12％，SiO2含量≤12％，其余为常规元素。
有益效果：
通过本发明冶炼的轴承钢，具有低的残余元素、气体含量和低的夹杂物总量，残余夹杂物以细小、均匀、弥散的塑性夹杂物分布，均匀的化学成份和碳化物组织，其钢坯中全氧含量小于10ppm，达到国家标准；同时该钢种的成功开发，并因此可多生产高附加值钢种，为企业创造最大化利润。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明。
生产工艺流程：70t UHP-EAF→70t LF钢包精炼炉→70t VD/VOD炉→五机五流合金钢连铸机(断面150×150及150×220)。冶炼钢种为轴承钢GCr15。
使用原料为废钢+生铁或铁水，并加入袋装石灰，铁水从炉子上方兑入，铁水比例为45-50％，加入量为2～4吨/炉，以稀释钢中的残余有害元素，并保证电炉保碳操作有足够的配碳量。
电炉进行保碳操作，使用优质石灰，造好泡沫渣。尽量减少钢水过氧化，减少初炼钢水带入氧量，电炉出钢时钢水中碳含量≥0.40％，并且保证电炉出钢到精炼炉时钢水温度在1600℃以上，控制钢包中钢水液面距包沿250～350mm；出钢过程中严禁下渣。
选用精炼炉渣：本渣系含有CaO、MgO、Al2O3等多种成分，见表1，使炉渣具有低的熔点和良好的流动性。渣中MgO具有保护包壁耐火材料的作用，同时也减少了耐火材料对钢液的污染。渣中含有一定量的Al2O3，其与钢中的脱氧产物界面张力小，因此，对夹杂物具有较好的吸附作用。渣系中CaO、MgO含量较高，而SiO2含量较低，还原能力强。
                         表1精炼炉炉渣组成
工                          精炼炉渣组成/％
序    CaO         Al2O3      SiO2       MgO         S           MnO        TFe        R
LF  53.25-60.70  17.26-23.54  9.18-16.32  6.25-11.94  0.19-1.43  0.1-0.15   0.57～1.42
VD  52.11-60.88  15.42-26.33  4.27-11.34  5.10-11.24  0.25-0.97  0.05-0.13  0.51-0.98
注：LF指精炼炉；VD指真空炉。
精炼：将精炼用部分渣料石灰、萤石、预脱氧剂及合金加在钢包包底并在在线烘烤位进行烘烤。电炉出钢毕即开至喂丝位进行喂丝，喂入Al线8-10m/t钢，保证终点AlT≥0.060％。不使用硅铁合金脱氧，防止精炼过程“回硅”造成[Si]成份超标。精炼过程中注意观察炉渣状况的变化，判断炉渣碱度并根据情况补入一定的石灰。全程底吹氩气搅拌，压力0.8～1Mpa，流量200～250l/min。
真空处理：将温度及成份均合格的钢水吊至真空罐进行处理，真空度≤70Pa，真空保持时间15-20分钟，处理总时间30-35分钟，氩气流量80-150l/min，压力0.4～0.8MPa。
连铸：为避免钢包到结晶器之间钢水流的二次氧化，从钢包到中间包使用全保护浇注，钢包到中间包长水口氩封保护，中间包上水口内装，使用挡渣堰，使用双层覆盖剂，使用轴承钢专用结晶器保护渣，正常使用结晶器电磁搅拌。浇注过程中注意钢水的组织节奏，不允许出现上钢水迟的情况，以最大限度地避免钢包渣、保温剂或浇注保温渣的卷入。中包用小火烘烤2小时，大火烘烤1-1.1小时，确保中包温度达到1000℃以上，中间包使用连续测温系统，钢水过热度控制在15～25℃，拉速控制在1.8～2.0m/min，二冷比水量控制在0.6-0.8l/kg，二冷三、四段使用气雾冷却。
本实施例所得的轴承钢GCr15中氧含量及夹杂物含量见表2。
表2                 轴承钢GCr15氧含量及夹杂物含量
               氧含量  A硫化物类    B氧化铝类  C硅酸盐类   D球状氧化物类
夹杂物
               (ppm)  粗     细    粗     细   粗    细    粗     细
第一批         10     无     无    无     无   无    0.5   0.5    1.0
第二批         5      0.5    0     0.5    0    0     0     0.5    0.5
第三批         10     0.5    1     0.5    1    0.5   0     1      0.5
根据试验数据分析，轴承钢GCr15氧含量及夹杂物含量均符合要求，钢坯中全氧含量在6-8ppm，其钢坯质量达到国家质量标准。

Claims (8)

1、一种轴承生产工艺，包括加入原料、电炉冶炼、精炼、真空脱氧、连铸等生产步骤，其特征在于：
(1)电炉中加入原料废钢和生铁或铁水，并加入袋装石灰；
(2)在电炉冶炼过程中，电炉出钢时钢水中碳含量≥0.40％，电炉出钢到精炼炉时钢水温度在1600℃以上，控制钢包中钢水液面距钢包沿250～350mm；
(3)精炼时将精炼用部分渣料石灰、萤石、预脱氧剂及合金加在钢包包底并于在线烘烤位进行烘烤，同时采用铝铁预脱氧及铝线脱氧；
(4)真空处理，将温度及成份均合格的钢水吊至真空罐进行处理，真空度≤70Pa，真空保持时间在15分钟以上，真空解除后，静置保持液面微动15～20分钟；
(5)连铸时，从钢包到中间包使用全保护浇注，钢包到中间包长水口氩封保护，中间包上水口内装，使用挡渣堰和双层覆盖剂，同时使用结晶器电磁搅拌；低过热度、低拉速，二冷后段采用气雾冷却。
2、根据权利要求1所述的轴承钢生产工艺，其特征在于：所述原料中配入的生铁和铁水的总量是30-50％；所述的袋装石灰加入量为2～4吨/炉。
3、根据权利要求1所述的轴承钢生产工艺，其特征在于：电炉出钢毕即开至喂丝位进行喂丝，喂入Al线8-10m/t钢，保证终点AlT≥0.060％，全程底吹氩气搅拌，压力在0.8～1Mpa，流量200～250l/min。
4、根据权利要求1所述的轴承钢生产工艺，其特征在于：所述的结晶器电磁搅拌时其电流强度控制在300～350A，频率在3～3.5Hz。
5、根据权利要求1所述的轴承钢生产工艺，其特征在于：中包用小火烘烤2小时，大火烘烤1-1.1小时，确保中包温度达到1000℃以上，中间包使用连续测温系统，钢水过热度控制在15～25℃，拉速控制在1.8～2.0m/min，二冷比水量控制在0.6-0.8l/kg，二冷三、四段使用气雾冷却。
6、根据权利要求1所述的轴承钢生产工艺，其特征在于：真空处理总时间30-35分钟，氩气流量80-150l/min，压力0.4～0.8MPa；
7、根据权利要求2所述的轴承钢生产工艺，其特征在于：所述铁水和生铁加入量最佳比例为45～50％。
8、根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的轴承钢生产工艺，精炼渣中含硫、锰等元素，其特征在于：精炼渣的初始成份为：Al2O3 17～24％，CaO 53～62％，MgO 5～12％，SiO2≤12％，其余为常规元素。
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Effective date: 20091120

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Effective date of registration: 20091120

Address after: Liuhe District of Nanjing City, Jiangsu Province, xiejiadian

Patentee after: Nanjing Iron & Steel United Co., Ltd.

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Patentee before: Nanjing Iron & Steel United Co., Ltd.

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Granted publication date: 20060111

Termination date: 20150420

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