CN1590574A - 一种钡微合金化轴承钢 - Google Patents

Abstract

本发明属于合金钢领域，特别涉及含钡的合金钢。本发明所述的钡微合金化轴承钢的化学成分(wt％)为：C 0.95－1.10％，Si 0.15－1.0％，Mn 0.25－1.5％，Ba 0.0015－ 0.04％，S≤0.035％，P≤0.035，余为Fe。在化学成分中还含有如下成分：Cr≤3.0％、Ni≤3.0％、V≤0.5％、Nb≤0.5％、Cu≤0.5％、Mo≤3.0％。本发明钡微合金化轴承钢的生产是在常规的电炉、转炉或其它非真空熔炼炉中熔炉后，在精炼装置中进行精炼，在精炼后期进行钡合金化，钡合金的加入方式可以包芯线或合金块加入。本发明通过钡微合金化，可显著提高钢的洁净度，达到净化效果，从而显著提高钢的韧性，同时可降低生产成本，提高材料的疲劳寿命，如采用本发明生产的氧含量为8ppm的轴承钢的疲劳寿命比相同氧含量的只经铝处理的同一钢种提高63.5％。

Description

一种钡微合金化轴承钢

技术领域

本发明属于合金钢领域，特别涉及含钡的合金钢。

背景技术

随着现代工业的发展，对钢铁材料的性能、洁净度和钢中夹杂物的组成、形态、尺寸和分布提出了更高的要求。对于一些特定的钢种，如轴承钢、弹簧钢和管线钢，不仅要求钢中氧含量低，而且要求严格控制钢中Al₂O₃夹杂，同时低Al₂O₃夹杂也是实现连铸低过热度浇铸的关键。而目前脱氧工艺主要有铝脱氧和非铝脱氧两种方法，其中前者主要是利用铝与氧结合能力强的特点，先用铝将钢中全氧的90％以上生成Al₂O₃夹杂，然后再采用搅拌、渣洗等方法将Al₂O₃排除；后者仅用硅锰等粗脱氧，并严格控制钢中的铝和钙含量，以控制钢中析出夹杂物的组成、形态和分布。从这两种方法比较而言，前者可结合真空、渣洗和搅拌等措施将钢中的氧含量降到较低的水平，但钢中残余夹杂主要是以Al₂O₃为主(占60％以上)，而后者可将钢中残余夹杂中的Al₂O₃比例降到较低的水平(占40％以下)，但钢中总氧含量水平较高(见特殊钢第22卷第六期，特殊钢第24卷第一期和钢铁研究学报第十五卷第二期)。

苏联专利SU1011719也公开了一种含钡的高碳轴承钢，含钡量为0.0003-0.0010％，由于该钢的含钡量过低，使钡在钢中的作用未能充分发挥，钢中夹杂物含量仍然较高，导致钢的疲劳强度小，疲劳寿命低.

发明内容

本发明的目的在于在克服上述现有技术所存在的缺陷的基础上，提供一种既能提高钢的净化效果，又能显著提高钢的强韧性和疲劳寿命，且成本低的钡微合金化轴承钢。

针对上述目的，本发明钡微合金化轴承钢的化学成分(wt％)为：C 0.95-1.10％，Si 0.15-1.0％，Mn 0.25-1.5％ Ba 0.0015-0.04％，S≤0.035％，P≤0.035，余为Fe.在化学成分中还含有如下成分：Cr≤3.0％、Ni≤3.0％、V≤0.5％、Nb≤0.5％、Cu≤0.5％、Mo≤3.0％。

本发明是利用钡具有比铝强的脱氧能力，比钙、镁大的密度、高的沸点、低的蒸汽压的特点，将其加入钢中能调节夹杂物密度、熔点，改善钢液对夹杂物的粘附性、浸润性及金属接触表面能，从而使夹杂物易于排出；钡是表面活性元素(钡与铁液间的界面张力为1626MJ/m²，比铝高约一倍)偏聚于晶界及相界，能改变钢中碳化物及非金属夹杂的属性、形貌、数量、尺寸及分布，强化晶界，从而提高钢的强韧性。钡还能与Al₂O₃或SiO₂等夹杂形成复合夹杂的特点，改变夹杂物的属性。

具体地说，采用钡微合金化可达到以下目的：①改变钢中碳化物及非金属夹杂物的属性、形貌、数量、尺寸及分布，强化晶界或起到微合金化作用，提高材料的性能；②降低钢中的气体和夹杂含量；③使Al₂O₃为基的脆性氧化物夹杂变性为细小、均匀的塑性球形夹杂，使氧化物夹杂中Al₂O₃的比例小于40％，钢中夹杂物污染程度显著降低；④使轴承钢和弹簧钢等钢种的疲劳寿命比相同氧含量的铝处理钢提高20％以上；⑤降低钢中Al₂O₃夹杂和铝量，有利于消除连铸水口结瘤。

同时，由于钡具有沸点高、蒸汽压较低及密度较大等优于钙、镁的特点，使其在炼钢中的应用日益引人注目。

本发明钡微合金化轴承钢的生产是在常规的电炉、转炉或其它非真空熔炼炉中熔炉后，在精炼装置中进行精炼，在精炼后期进行钡合金化。在加入钡合金元素之前，加入脱氧剂铝或硅铝，进行预脱氧，脱氧后进行吹氩气搅拌，然后加入钡合金元素；合金元素钡以BaSi、BaCaSi、BaSiAl中任一种合金形式加入；钡合金的加入方式以包芯线或合金块加入。

考虑到钡氧化性强和在钢液中的溶解度小，以及铝对氧亲和力较强的特点，加入铝可将钢中的溶解氧的99％以上转变为Al₂O₃，通过吹氩搅拌，将凝聚的珊瑚状的大型Al₂O₃从钢液上浮排除；根据预脱氧后钢液中生成的Al₂O₃和SiO₂量，加入不同种类的钡合金(包括硅钡、硅钙钡、硅铝钡和硅钙铝钡)，促使形成低熔点的大颗粒含钡复合夹杂。利用该类夹杂与钢液的比表面张力差别较大，极易上浮排除的特点消除Al₂O₃夹杂的危害，并进一步降低氧含量。同时对难以靠上浮排除的小型Al₂O₃夹杂物进行变性、聚集处理，形成大颗粒的液态而上浮排出。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过钡微合金化，可显著提高钢的洁净度，达到净化效果，从而显著提高钢的强韧性。

(2)降低成本，在铝脱氧的基础上，通过非真空下的钡合金化处理，使钢中氧含量进一步降低，达到与真空处理钢相同的氧含量效果，但与相同条件的真空处理钢相比，可节省了真空处理费用，即降低了生产成本。

3)能提高材料的疲劳寿命，如采用本发明生产的氧含量为8ppm的轴承钢的疲劳寿命比相同氧含量的只经铝处理的同一钢种提高63.5％。

具体实施方式

根据本发明所述的钡微合金化轴承钢，在试验电炉和精炼炉上熔炼了3炉钢，先在电炉上进行初炼，出钢前测定其化学成分，出钢后在钢包中加入常规精炼渣和加入预脱氧剂铝或硅铝合金，然后将盛有钢水的钢包进入精炼炉中进行精炼，待调整化学成分后采用包芯线喂入法或合金块法加入钡合金，钢水温度合适再出钢，浇注成铸并轧成材，然后取样测定化学成分和力学性能。3炉钢的化学成分如表1所示，夹杂物检测结果如表2所示。表3为劳寿命检测结果。

表1实施例钡微合金化轴承钢的化学成分

炉号	C	Si	Mn	Cr	p	s	Ni	Cu	Ba	T[0]	Fe
												1	0.95	0.23	0.74	1.49	0.012	0.01	0.11	0.09	0.018	0.0007	余
2	1.00	0.27	0.37	1.50	0.010	0.01	0.17	0.07	0.020	0.0008	余
												3	0.99	0.65	0.36	1.48	0.010	0.01	0.12	0.14	0.018	0.0007	余

注：Ba为加入量

表2实施例钡微合金化轴承钢夹杂物检验结果

炉号	夹杂物级别
									A粗	A细	B粗	B细	C粗	C细	D粗	D细
	1	0.5×41.0×2	0.5×31.0×3	0.5×6	0.5×51.0×1	0.5×6	0.5×6	0.5×6									0.5×6
2									0.5×6	05×21.0×31.5×1	0.5×51.0×1	0.5×51.5×1	0.5×6	0.5×6	0.5×6	0.5×6
	3	0.5×51.0×1	0.5×21.0×21.5×2	0.5×6	0.5×51.0×1	0.5×6	0.5×6	0.5×6									0.5×6

注：A为硫化物，B为氧化物，C为硅酸盐，D为点状夹杂

表3实施例钡微合金化轴承钢疲劳寿命检测结果。

炉号参敉	1	2	3
				额定疲劳寿命×107	1.8765	1.9547	1.9653

Claims (5)

1.一种钡微合金化轴承钢，其特征在于它的化学成分(wt％)为：C0.95-1.10％，Si 0.15-1.0％，Mn 0.25-1.5％  Ba 0.0015-0.04％，S≤0.035％，P≤0.035，余为Fe。

2.根据权利要求1所述的钡微合金化轴承钢，其特征在于化学成分中还含有Cr≤3.0％。

3根据权利要求1、2所述的钡微合金化轴承钢，其特征在于化学成分中还含有Ni≤3.0％。

4.根据权利要求1、2所述的钡微合金化轴承钢，其特征在于化学成分中还含有V≤0.5％、Nb≤0.5％、Cu≤0.5％。

5.根据权利要求1、2所述的钡微合金化轴承钢，其特征在于化学成分中还含有Mo≤3.0％。