控制GCr15軸承鋼中N含量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及煉鋼生產(chǎn)過(guò)程軸承鋼中N含量控制技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種控制G化15 軸承鋼中N含量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] GB/T18254-2002 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定高碳銘軸承鋼有：GCr4、GCrl5、GCrl5SiMn、 G化15SiMo、G化18Mo等5個(gè)鋼號(hào)，鋼中碳含量[C] :0. 95~1.05%，其中WG化15為代表鋼 種，其主要用于制造軸承滾動(dòng)體、內(nèi)外套圈的材料，軸承的工作條件極為復(fù)雜，承受著各種 高的交變應(yīng)力，如拉力、壓力、剪力和摩擦力等，因此對(duì)軸承鋼的材質(zhì)也提出了非常嚴(yán)格的 質(zhì)量要求，為了保證軸承鋼有較高的疲勞強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、表面硬度和較長(zhǎng)的使用壽命，鋼 中的碳化物夾雜、氧化物夾雜、氮化物夾雜、點(diǎn)狀?yuàn)A雜等各種非金屬夾雜物要嚴(yán)格地控制在 一定的范圍之內(nèi)，也就是要求對(duì)鋼中0、N、Η元素含量都低。
[0003] Ν元素固溶于鐵，形成間隙式固溶體，Ν在α鐵中的溶解度隨溫度的下降急劇降 低，如在590°C時(shí)Ν的溶解度約為0. 10 %，溫度降低到400°C、300°C、200°C、100°C時(shí)，其溶解 度分別為：〇. 02%、0. 01%、0. 005%、0. 001%。
[0004]Ν在鋼中與金屬的親和力較強(qiáng)，能與Ti、Al、V等形成穩(wěn)定的化合物，特別是與Ti結(jié)合形成TiN、Ti(C，腳等，鋼中氮化鐵夾雜物具有很高的脆硬性，并呈棱角幾何形狀，在 鋼基體熱變形時(shí)，氮化鐵棱角未發(fā)生大的變形，因而棱角與在鋼基體接觸處出現(xiàn)微小空桐， 也就是在鋼中形成微裂紋，使軸承運(yùn)行中造成應(yīng)力集中而誘導(dǎo)疲勞裂紋擴(kuò)展、掉塊，降低軸 承壽命。 陽(yáng)0化]鋼中N元素部分隨爐料進(jìn)入，大部分則在冶煉過(guò)程中從爐氣中吸入，主要在W下 3~4階段（冶煉階段）：①轉(zhuǎn)爐、電爐冶煉時(shí)，各種原材料帶入N元素；②初煉爐鋼水出鋼 過(guò)程中，鋼液吸氣；③精煉爐加熱時(shí)電弧將空氣電離，使部分N離子進(jìn)入鋼液中，鋼液吸附 N離子；④連鑄過(guò)程中，鋼液吸氣。
[0006] 進(jìn)入鋼中的N元素在隨后的冶煉過(guò)程中較難去除，即使采取對(duì)鋼液抽真空脫氣工 藝，也僅能降低鋼中N含量的25~30%，故只有從源頭杜絕N元素進(jìn)入鋼液才能降低鋼中 N含量。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)及控制軸承鋼G化15中N含量的專(zhuān)利主要為：專(zhuān)利"一種極純高碳銘 軸承鋼的冶煉生產(chǎn)方法"（專(zhuān)利號(hào)：ZL200510027394. 3)主要是：采用高純軸承鋼巧料（氧、 氮含量《7卵m、70ppm) +真空感應(yīng)爐精煉+真空自耗爐精煉工藝，該專(zhuān)利不適合常規(guī)大批量 軸承鋼生產(chǎn)。專(zhuān)利"一種高清潔高碳銘軸承鋼的生產(chǎn)方法"（專(zhuān)利號(hào)：ZL200410025102. 5) 采用五步法流程：①精選配料；②）> 30噸電爐初煉鋼液；③鋼包爐精煉鋼液：前期吹氣 強(qiáng)度0. 4MPa，后期0. 3MPa;物料加入量《8Kg/噸鋼；兩步喂侶法沉淀脫氧；向渣面加結(jié)晶 娃粉、巧石（含氣化巧> 98% )的擴(kuò)散脫氧；④真空爐處理：真空度《140Pa、25min+底吹 氣弱攬拌15min;⑥在惰性氣氛下鋼液模鑄，該專(zhuān)利為常規(guī)軸承鋼生產(chǎn)工藝，并沒(méi)有具體針 對(duì)降低G化15鋼中N含量的工藝措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種控制G化15軸承鋼中N含量的方法，W降低G化15軸 承鋼中的N含量。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的控制G化15軸承鋼中N含量的方法，其特殊之處 在于：包括W下步驟：
[0010] 1)首先在初煉爐冶煉G化15軸承鋼時(shí)，控制出鋼前鋼液中碳含量范圍在0. 40~ 0. 70% ； W11]。初練爐出鋼時(shí)，控制鋼液溫度范圍在1560~1610°C;
[0012] 3)鋼包精煉LF爐電極加熱起弧后，用揪將碳粉鋪散加到精煉渣上面，碳粉重量控 制為精煉渣量的2~6%，造泡沫渣；電極埋弧加熱鋼液10~15min，使精煉鋼液溫度控制 在 1545 ~1585°C;
[0013] 4)鋼液通過(guò)RH爐或VD爐進(jìn)行真空脫氣處理，保持系統(tǒng)真空度在67化W下12~ 20min，循環(huán)或攬拌促使鋼液脫氣；真空脫氣處理結(jié)束后進(jìn)行軟吹A(chǔ)r，軟吹A(chǔ)r時(shí)間控制在 20~30min，Ar氣壓力在0. 2~0. 3MPa，根據(jù)鋼包大小，軟吹A(chǔ)r氣流量在50~200mVmin;
[0014] 5)連鑄采用保護(hù)誘鑄，鋼包長(zhǎng)水口接頭采用螺旋吹A(chǔ)r密封，Ar氣壓力在0. 1~ 0. 2MPa，流量W中間包受鋼區(qū)渣面輕微波動(dòng)為準(zhǔn)；根據(jù)結(jié)晶器斷面尺寸，控制整體侵入式水 口插入結(jié)晶器鋼水深度在90~140mm。 陽(yáng)015] 進(jìn)一步地，所述步驟1)中，控制出鋼前鋼液中碳含量范圍在0. 50~0. 70%。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟3)中，碳粉重量控制為精煉渣量的3~5% ;精煉鋼液溫度控 制在 1550 ~1575°C。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟4)中，保持系統(tǒng)真空度在67化W下12~15min;軟吹A(chǔ)r時(shí) 間控制在20~25min。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟2)中，控制鋼液溫度在1570~1600°C。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟5)中，將水口插入結(jié)晶器鋼水深度控制在：100~140mm。
[0020] 本發(fā)明其核屯、內(nèi)容就是利用現(xiàn)在冶金工藝裝備、技術(shù)、材料等進(jìn)步，從節(jié)能環(huán)保角 度出發(fā)，鋼液初煉采用"高拉碳出鋼"，即可減少co、c〇2氣體排放，又可降低鋼中夾雜物原始 含量；
[0021] "低溫出鋼"是因?yàn)殇撘簻囟仍礁摺⑽鼩饬吭酱?，而出鋼過(guò)程則鋼液裸露在大氣中， 吸氣是不可避免的，所W在出鋼時(shí)將鋼液溫度控制在下限，運(yùn)樣減少吸N并節(jié)約能源，但同 時(shí)必須保證有足夠的熱能來(lái)溶化脫氧劑、鐵合金； 陽(yáng)02引精煉LF爐電極加熱鋼液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧光，該電弧光將空氣中的成氣電離 成N離子，從而進(jìn)入鋼液，故而在LF爐精煉造渣時(shí)加少量碳份，使精煉渣呈泡沫狀、增加渣 層厚度，阻止弧光外漏、鋼液升溫快；另外，泡沫渣可使電弧與鋼液接觸起弧區(qū)空氣稀薄，弧 光高溫區(qū)電離的N少，減少鋼液吸N。
[0023] 因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果是：
[0024] 其一：在出鋼關(guān)鍵環(huán)節(jié)采取"高碳低溫出鋼"新技術(shù)，無(wú)需改造任何生產(chǎn)設(shè)備、無(wú)需 對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝作重大調(diào)整，即可節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境、降低成本，又可減少裸露鋼液在空氣 中吸收成氣，從而達(dá)到降低軸承鋼G化15中N含量的目的；
[00巧]其二，在精煉時(shí)用揪將碳粉均勻鋪散加入LF爐，造泡沫渣，使電極埋弧加熱，同樣 是節(jié)能降耗、降低鋼液吸N過(guò)程，本工序操作簡(jiǎn)便、實(shí)用強(qiáng)；
[00%] 其Ξ，采用真空處理、連鑄保護(hù)誘鑄均為降低鋼中N含量必不可少的措施；
[0027] 其四，本發(fā)明對(duì)G化15軸承鋼冶煉各過(guò)程吸N都進(jìn)行阻止、控制，同時(shí)操作簡(jiǎn)單、節(jié) 約能源保護(hù)環(huán)境、降低成本，又提高了產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。采用本技術(shù)，可將G化15 鋼中N含量控制在[閑《0. 0050 %。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：
[0029] 高碳銘軸承鋼GCrl5標(biāo)準(zhǔn)成分范圍：的：0.95~1.05%，[Si] :0. 15~0.35%， [Μη] :0. 25 ~0. 45 %，[Cr] :1. 40 ~1. 65 %，[P]:《0. 025 %，[S]:《0. 025 %，[Mo]: 《0. 10%，帆]:《0. 30%，[Cu]0. 25%，[0]0. 0012%，其余為鐵和雜質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)中未 對(duì)[閑做具體要求；
[0030] 控制G化15軸承鋼中N含量的方法，包括W下步驟：
[0031] 1)首先在初煉爐冶煉G化15軸承鋼時(shí)，控制出鋼前鋼液中碳含量范圍在0. 40~ 0. 70% ； 陽(yáng)03引。初練爐出鋼時(shí)，控制鋼液溫度范圍在1560~1610°C;
[0033] 3)鋼包精煉LF爐電極加熱起弧后，用揪將碳粉鋪散加到精煉渣上面，碳粉重量控 制為精煉渣量的2~6%，造泡沫渣；電極埋弧加熱鋼液10~15min，使精煉鋼液溫度控制 在 1545 ~1585°C;
[0034] 4)鋼液通過(guò)RH爐或VD爐進(jìn)行真空脫氣處理，保持系統(tǒng)真空度在67化W下12~ 20min，循環(huán)或攬拌促使鋼液脫氣；真空脫氣處理結(jié)束后進(jìn)行軟吹A(chǔ)r，軟吹A(chǔ)r時(shí)間控制在 20~30min，Ar氣壓力在0. 2~0. 3MPa，根據(jù)鋼包大小，軟吹A(chǔ)r氣流量在50~200mVmin;
[0035] 5)連鑄采用保護(hù)誘鑄，鋼包長(zhǎng)水口接頭采用螺旋吹A(chǔ)r密封，Ar氣壓力在0. 1~ 0. 2MPa，流量W中間包受鋼區(qū)渣面輕微波動(dòng)為準(zhǔn)；根據(jù)結(jié)晶器斷面尺寸，控制整體侵入式水 口插入結(jié)晶器鋼水深度在90~140mm。
[0036] 具體實(shí)施例及相關(guān)檢測(cè)參數(shù)如下： 陽(yáng)〇37] 實(shí)施例1 陽(yáng)03引轉(zhuǎn)爐冶煉、出鋼量約15化，連鑄巧斷面尺寸為：200X200mm;
[0039] 轉(zhuǎn)爐出鋼前取樣分析成分：[C] :0. 61 %，的：0. 013 %，凹：0. 029 %，[閑： 0. 0032% ； W40] 出鋼前測(cè)溫：1600°C;
[0041] 鋼包精煉LF爐渣量約1. 8t，加熱起弧后用揪將60Kg碳粉鋪散加入精煉渣上面 (重量比：3. 3% )，造泡沫渣，渣厚約450mm;加熱鋼液13min，鋼液溫度：1557°C;取樣分析： [閑：0. 0052% ;
[0042] 鋼液在RH爐真空處理，系統(tǒng)真空度在67化W下保持12min，整個(gè)真空處理時(shí) 間21min;軟吹A(chǔ)r時(shí)間：20min，Ar氣壓力：0. 26M