專利名稱：一種鋇微合金化軸承鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，特別涉及含鋇的合金鋼。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋼鐵材料的性能、潔凈度和鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、尺寸和分布提出了更高的要求。對(duì)于一些特定的鋼種，如軸承鋼、彈簧鋼和管線鋼，不僅要求鋼中氧含量低，而且要求嚴(yán)格控制鋼中Al2O3夾雜，同時(shí)低Al2O3夾雜也是實(shí)現(xiàn)連鑄低過熱度澆鑄的關(guān)鍵。而目前脫氧工藝主要有鋁脫氧和非鋁脫氧兩種方法，其中前者主要是利用鋁與氧結(jié)合能力強(qiáng)的特點(diǎn)，先用鋁將鋼中全氧的90％以上生成Al2O3夾雜，然后再采用攪拌、渣洗等方法將Al2O3排除；后者僅用硅錳等粗脫氧，并嚴(yán)格控制鋼中的鋁和鈣含量，以控制鋼中析出夾雜物的組成、形態(tài)和分布。從這兩種方法比較而言，前者可結(jié)合真空、渣洗和攪拌等措施將鋼中的氧含量降到較低的水平，但鋼中殘余夾雜主要是以Al2O3為主(占60％以上)，而后者可將鋼中殘余夾雜中的Al2O3比例降到較低的水平(占40％以下)，但鋼中總氧含量水平較高(見特殊鋼第22卷第六期，特殊鋼第24卷第一期和鋼鐵研究學(xué)報(bào)第十五卷第二期)。
蘇聯(lián)專利SU1011719也公開了一種含鋇的高碳軸承鋼，含鋇量為0.0003-0.0010％，由于該鋼的含鋇量過低，使鋇在鋼中的作用未能充分發(fā)揮，鋼中夾雜物含量仍然較高，導(dǎo)致鋼的疲勞強(qiáng)度小，疲勞壽命低.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷的基礎(chǔ)上，提供一種既能提高鋼的凈化效果，又能顯著提高鋼的強(qiáng)韌性和疲勞壽命，且成本低的鋇微合金化軸承鋼。
針對(duì)上述目的，本發(fā)明鋇微合金化軸承鋼的化學(xué)成分(wt％)為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，余為Fe.在化學(xué)成分中還含有如下成分Cr≤3.0％、Ni≤3.0％、V≤0.5％、Nb≤0.5％、Cu≤0.5％、Mo≤3.0％。
本發(fā)明是利用鋇具有比鋁強(qiáng)的脫氧能力，比鈣、鎂大的密度、高的沸點(diǎn)、低的蒸汽壓的特點(diǎn)，將其加入鋼中能調(diào)節(jié)夾雜物密度、熔點(diǎn)，改善鋼液對(duì)夾雜物的粘附性、浸潤(rùn)性及金屬接觸表面能，從而使夾雜物易于排出；鋇是表面活性元素(鋇與鐵液間的界面張力為1626MJ/m2，比鋁高約一倍)偏聚于晶界及相界，能改變鋼中碳化物及非金屬夾雜的屬性、形貌、數(shù)量、尺寸及分布，強(qiáng)化晶界，從而提高鋼的強(qiáng)韌性。鋇還能與Al2O3或SiO2等夾雜形成復(fù)合夾雜的特點(diǎn)，改變夾雜物的屬性。
具體地說，采用鋇微合金化可達(dá)到以下目的①改變鋼中碳化物及非金屬夾雜物的屬性、形貌、數(shù)量、尺寸及分布，強(qiáng)化晶界或起到微合金化作用，提高材料的性能；②降低鋼中的氣體和夾雜含量；③使Al2O3為基的脆性氧化物夾雜變性為細(xì)小、均勻的塑性球形夾雜，使氧化物夾雜中Al2O3的比例小于40％，鋼中夾雜物污染程度顯著降低；④使軸承鋼和彈簧鋼等鋼種的疲勞壽命比相同氧含量的鋁處理鋼提高20％以上；⑤降低鋼中Al2O3夾雜和鋁量，有利于消除連鑄水口結(jié)瘤。
同時(shí)，由于鋇具有沸點(diǎn)高、蒸汽壓較低及密度較大等優(yōu)于鈣、鎂的特點(diǎn)，使其在煉鋼中的應(yīng)用日益引人注目。
本發(fā)明鋇微合金化軸承鋼的生產(chǎn)是在常規(guī)的電爐、轉(zhuǎn)爐或其它非真空熔煉爐中熔爐后，在精煉裝置中進(jìn)行精煉，在精煉后期進(jìn)行鋇合金化。在加入鋇合金元素之前，加入脫氧劑鋁或硅鋁，進(jìn)行預(yù)脫氧，脫氧后進(jìn)行吹氬氣攪拌，然后加入鋇合金元素；合金元素鋇以BaSi、BaCaSi、BaSiAl中任一種合金形式加入；鋇合金的加入方式以包芯線或合金塊加入。
考慮到鋇氧化性強(qiáng)和在鋼液中的溶解度小，以及鋁對(duì)氧親和力較強(qiáng)的特點(diǎn)，加入鋁可將鋼中的溶解氧的99％以上轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2O3，通過吹氬攪拌，將凝聚的珊瑚狀的大型Al2O3從鋼液上浮排除；根據(jù)預(yù)脫氧后鋼液中生成的Al2O3和SiO2量，加入不同種類的鋇合金(包括硅鋇、硅鈣鋇、硅鋁鋇和硅鈣鋁鋇)，促使形成低熔點(diǎn)的大顆粒含鋇復(fù)合夾雜。利用該類夾雜與鋼液的比表面張力差別較大，極易上浮排除的特點(diǎn)消除Al2O3夾雜的危害，并進(jìn)一步降低氧含量。同時(shí)對(duì)難以靠上浮排除的小型Al2O3夾雜物進(jìn)行變性、聚集處理，形成大顆粒的液態(tài)而上浮排出。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)通過鋇微合金化，可顯著提高鋼的潔凈度，達(dá)到凈化效果，從而顯著提高鋼的強(qiáng)韌性。
(2)降低成本，在鋁脫氧的基礎(chǔ)上，通過非真空下的鋇合金化處理，使鋼中氧含量進(jìn)一步降低，達(dá)到與真空處理鋼相同的氧含量效果，但與相同條件的真空處理鋼相比，可節(jié)省了真空處理費(fèi)用，即降低了生產(chǎn)成本。
3)能提高材料的疲勞壽命，如采用本發(fā)明生產(chǎn)的氧含量為8ppm的軸承鋼的疲勞壽命比相同氧含量的只經(jīng)鋁處理的同一鋼種提高63.5％。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明所述的鋇微合金化軸承鋼，在試驗(yàn)電爐和精煉爐上熔煉了3爐鋼，先在電爐上進(jìn)行初煉，出鋼前測(cè)定其化學(xué)成分，出鋼后在鋼包中加入常規(guī)精煉渣和加入預(yù)脫氧劑鋁或硅鋁合金，然后將盛有鋼水的鋼包進(jìn)入精煉爐中進(jìn)行精煉，待調(diào)整化學(xué)成分后采用包芯線喂入法或合金塊法加入鋇合金，鋼水溫度合適再出鋼，澆注成鑄并軋成材，然后取樣測(cè)定化學(xué)成分和力學(xué)性能。3爐鋼的化學(xué)成分如表1所示，夾雜物檢測(cè)結(jié)果如表2所示。表3為勞壽命檢測(cè)結(jié)果。
表1實(shí)施例鋇微合金化軸承鋼的化學(xué)成分

注Ba為加入量表2實(shí)施例鋇微合金化軸承鋼夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果

注A為硫化物，B為氧化物，C為硅酸鹽，D為點(diǎn)狀?yuàn)A雜表3實(shí)施例鋇微合金化軸承鋼疲勞壽命檢測(cè)結(jié)果。

權(quán)利要求
1.一種鋇微合金化軸承鋼，其特征在于它的化學(xué)成分(wt％)為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，余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋇微合金化軸承鋼，其特征在于化學(xué)成分中還含有Cr≤3.0％。
3根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的鋇微合金化軸承鋼，其特征在于化學(xué)成分中還含有Ni≤3.0％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的鋇微合金化軸承鋼，其特征在于化學(xué)成分中還含有V≤0.5％、Nb≤0.5％、Cu≤0.5％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的鋇微合金化軸承鋼，其特征在于化學(xué)成分中還含有Mo≤3.0％。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，特別涉及含鋇的合金鋼。本發(fā)明所述的鋇微合金化軸承鋼的化學(xué)成分(wt％)為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，余為Fe。在化學(xué)成分中還含有如下成分Cr≤3.0％、Ni≤3.0％、V≤0.5％、Nb≤0.5％、Cu≤0.5％、Mo≤3.0％。本發(fā)明鋇微合金化軸承鋼的生產(chǎn)是在常規(guī)的電爐、轉(zhuǎn)爐或其它非真空熔煉爐中熔爐后，在精煉裝置中進(jìn)行精煉，在精煉后期進(jìn)行鋇合金化，鋇合金的加入方式可以包芯線或合金塊加入。本發(fā)明通過鋇微合金化，可顯著提高鋼的潔凈度，達(dá)到凈化效果，從而顯著提高鋼的韌性，同時(shí)可降低生產(chǎn)成本，提高材料的疲勞壽命，如采用本發(fā)明生產(chǎn)的氧含量為8ppm的軸承鋼的疲勞壽命比相同氧含量的只經(jīng)鋁處理的同一鋼種提高63.5％。
文檔編號(hào)C22C38/04GK1590574SQ0315395
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月25日
發(fā)明者王忠英, 董書通, 于桂玲 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院, 鄭州永通特鋼有限責(zé)任公司