一种低氮高碳铬轴承钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种低氮高碳铬轴承钢及其生产方法。

背景技术

高碳铬轴承钢用来制造滚动体和套圈等轴承零部件，对接触疲劳寿命要求苛刻。高碳铬轴承钢中非金属夹杂物对疲劳寿命影响很大，尤其是脆性的氮化钛夹杂物。相关研究结果表明尺寸8um的氮化钛夹杂物对疲劳寿命的影响等同于25um的钙铝酸盐类夹杂物的影响。因此，高碳铬轴承钢中氮化钛夹杂物控制成为一项重要任务。

高碳铬轴承钢中氮化钛夹杂物来自钢液凝固过程析出，钢液中的[Ti]、[N]含量(全文中出现的含量均为重量含量)决定了钢中氮化钛夹杂物的析出行为及尺寸大小。通常采用控制钢液中的[Ti]含量来控制钢中的氮化钛夹杂物。高碳铬轴承钢新标准GB/T18254-2016中优质钢要求钛含量≤0.0050％，高级优质钢要求钛含量≤0.0030％，特级优质钢要求钛含量≤0.0015％。但钢中氮化钛夹杂物同样很大程度上受钢中[N]含量的影响，且钢中[Ti]含量的控制往往意味着合金成本的大幅增加。因此，通过大幅降低高碳铬轴承钢中的[N]含量来控制钢中氮化钛夹杂物可视为一种更好的方法。

高碳铬轴承钢中的氮元素含量受多个因素的影响，除铁水、合金和增碳剂等各种原材料外，还收转炉冶炼过程、出钢过程、LF精炼过程、RH真空精炼和浇铸等过程钢液与大气的相互作用行为影响。因此，高碳铬轴承钢中氮元素的控制是个系统工程。

如公开号为CN 105369013 A的发明专利公开了一种控制GCr15轴承钢中N含量的方法，通过出钢关键环节采取“高碳低温出钢”以及精炼埋弧加热、真空处理、RH保护浇铸等，可有效将GCr15轴承钢中N含量控制在≤0.0050％。但该方法需钢液高碳出钢,即出钢[C]:0.50～0.70％，转炉终点[P]及温度难以控制，对冶炼过程要求极为苛刻。此外，该方法难以将钢中[N]含量降低到≤0.0030％。

公开号为CN 100334245 A的发明专利公开了一种极纯高碳铬轴承钢的冶炼生产方法，主要是采用高纯轴承钢坯料(氧、氮含量≤7ppm、70ppm)、真空感应炉精炼和真空自耗炉精炼的结合工艺。该工艺虽然可有效将钢中[N]含量控制在0.0015％以下，但是需采用双真空工艺，生产成本极高，且不适合常规工艺大批量轴承钢生产。

公开号为CN 113403444A的发明专利公开了一种控制CV-LF-RH-CC工艺路径钢种氮含量的方法，包括通过严格控制转炉底吹工艺、出钢合金化过程、渣料种类及加入量、LF升温、造渣及合金化过程底吹、RH精炼真空度及时间、喂线速度以及开浇工艺等过程，使钢中氮含量稳定控制在30ppm以下。然而，该方法主要针对无需铬合金化的钢种，此外靠各工序的多个关键工艺的系统控制才可将氮含量控制在较低的水平，可操作性差，不合适高碳铬轴承钢的生产。此外，该方法并未充分发挥钢中[O]、[S]活性元素在钢液与大气相互作用过程中对钢液脱氮及吸氮的积极作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种低氮高碳铬轴承钢及其生产方法，用于解决现有技术在生产高碳铬轴承钢时容易出现氮化钛夹杂物而导致疲劳寿命降低的问题。其具体技术方案如下：

一种低氮高碳铬轴承钢的生产方法，包括以下步骤：

步骤S1、转炉冶炼

控制入炉铁水中[P]含量≤0.135％，[S]含量为0.013％-0.030％，废钢重量占比≤20％；在冶炼时全程从铁水底部吹入惰性气体搅拌，惰性气体流量0.05-0.25Nm

步骤S2、LF精炼

从钢包底部吹入惰性气体；在LF精炼初期加入碳化硅造泡沫渣对炉渣进行第一次脱氧；在LF精炼中期加入铝粒对炉渣进行第二次脱氧，同时喂入铝线使钢中铝含量为0.02％-0.04％；

步骤S3、RH真空精炼

在RH真空精炼时，控制钢液的真空度≤100Pa，RH真空处理时间不低于30min；

步骤S4、将步骤S3中经RH真空精炼后的钢液在与空气隔绝的条件下连铸制成产品。

在部分具体的实施方案中，在步骤S1中，一次拉碳出钢时控制终点[C]含量≥0.15％，出钢温度为1560℃-1620℃。

在部分具体的实施方案中，所述合成渣为7Al

在部分具体的实施方案中，在步骤S2中，碳化硅造泡沫渣的加入量为0.40kg·t

在部分具体的实施方案中，在步骤S2中，铝粒的加入量为0.25kg·t

在部分具体的实施方案中，在步骤S2中，控制惰性气体流量为2.5-5.0L/min·t

在部分具体的实施方案中，所述惰性气体为氩气。

一种采用所述的低氮高碳铬轴承钢的生产方法生产低氮高碳铬轴承钢。

在部分具体的实施方案中，所述低氮高碳铬轴承钢中的[N]含量≤0.0030％。

应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明采用所述的一种低氮高碳铬轴承钢的生产方法，对影响钢液氮含量的转炉冶炼末期、出钢过程及LF精炼过程等关键点进行控制，达到生产超低氮高碳铬轴承钢的目的，且能够有效控制所制备的高碳铬轴承钢的氮含量≤0.0030％。具体的，通过对转炉冶炼参数的控制，能够降低冶炼后期钢液的吸氮；控制入炉铁水中的[S]含量，可在钢液出钢过程及LF精炼过程有效抑制钢液的吸氮，降低增氮量；冶炼终点[C]含量及出钢合金化控制有效降低出钢过程钢液的吸氮量；通过对LF精炼过程参数的控制降低精炼早期钢液的吸氮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种低氮高碳铬轴承钢的生产方法，包括以下步骤：

步骤S1、转炉冶炼

控制入炉铁水中[P]含量为0.115％，[S]含量为0.013％，废钢重量占比为20％；入炉铁水中[P]含量的控制主要是为了确保能够实现一次拉碳；控制[S]含量的目的是使铁水在出钢及精炼前期含有一定的[S]，有效抑制出钢过程及LF精炼前期钢液的吸氮；控制废钢重量占比的目的是确保废钢能够在冶炼后期完全融化，避免钢液增氮；在冶炼时全程从铁水底部吹入Ar气搅拌，Ar气流量为0.05Nm

步骤S2、LF(LF表示钢包精炼炉)精炼

从钢包底部吹入氩气；在LF精炼时全程采用微正压操作(微正压控制在1.05-1.15bar)；在LF精炼初期加入碳化硅造泡沫渣对炉渣进行第一次脱氧，抑制精炼初期钢液增氮；在LF精炼中期加入铝粒对炉渣进行第二次脱氧，同时喂入铝线(指运用动力装置通过导管将铝线加入钢液的过程)使钢中铝含量为0.02％-0.04％，加入铝粒前钢液加热次数为1次，控制LF精炼过程加热次数为3次，降低频繁加热造成的钢液增氮；在第一次脱氧时，碳化硅造泡沫渣中的碳化硅为弱脱氧剂，其与炉渣中的FeO反应脱除FeO中的(O)；在第二次脱氧时，铝粒为强脱氧剂，其作用是即保证了精炼终渣的低氧化性，保证了钢中非金属夹杂物的脱除效果，又充分利用了精炼过程炉渣的氧化性，阻碍精炼过程大气中氮的吸附，降低钢水增氮；

步骤S3、RH真空精炼

在RH真空精炼时，控制钢液的真空度为100Pa，RH真空处理时间为30min；

步骤S4、将步骤S3中经RH真空精炼后的钢液在与空气隔绝的条件下连铸制成产品。

在步骤S1中，一次拉碳出钢时控制终点[C]含量为0.15％，出钢温度为1560℃。一次拉碳出钢时控制出钢口的寿命为80炉，出钢流正常。

所述合成渣为7Al

在步骤S2中，碳化硅造泡沫渣的加入量为0.40kg·t

在步骤S2中，铝粒的加入量为0.25kg·t

在步骤S2中，控制氩气流量为2.5L/min·t

实施例2：

与实施例1不同的是，在步骤S1中，[P]含量为0.095％，[S]含量为0.030％，废钢重量占比为18％；冶炼过程底吹Ar气体流量为0.05Nm

在步骤S2中，碳化硅造泡沫渣的加入量为0.6kg·t

控制氩气流量为5L/min·t

在步骤S3中，真空度为60Pa，RH真空处理时间为40min。

对比例1(现有工艺)：

转炉冶炼：控制入炉铁水中[P]含量为0.135％，[S]含量为0.005％，废钢重量占比为30％；在冶炼时全程从铁水底部吹入Ar气搅拌，冶炼终点控制采用高拉补吹；出钢过程中采用铝块脱氧，并一次性加入合成渣、锰铁、硅铁、低氮增碳剂和高碳铬铁(合成渣、锰铁、硅铁、低氮增碳剂和高碳铬铁均为常规市售产品)进行钢液合金化；

精炼：从钢包底部吹入氩气；在LF精炼时全程采用微正压操作(微正压控制在1.05-1.15bar)；LF精炼过程炉渣采用铝粒脱氧，精炼工序加热次数为4次；

RH真空精炼：在RH真空精炼时，控制钢液的真空度为100Pa，RH真空处理时间为30min；

连铸：经RH真空精炼后的钢液在与空气隔绝的条件下连铸制成产品。

采用实施例1-2所述的低氮高碳铬轴承钢的生产方法制备的低氮高碳铬轴承钢与常规对比例1所述的工艺制备的轴承钢的氮含量结果详见表1.

表1

由表1数据知，本发明采用所述的一种低氮高碳铬轴承钢的生产方法，对影响钢液氮含量的转炉冶炼末期、出钢过程及LF精炼过程等关键点进行控制，达到生产超低氮高碳铬轴承钢的目的，且能够有效控制所制备的高碳铬轴承钢的氮含量≤0.0030％，明显优于对比例1。具体的，通过对转炉冶炼参数的控制，能够降低冶炼后期钢液的吸氮；控制入炉铁水中的[S]含量，可在钢液出钢过程及LF精炼过程有效抑制钢液的吸氮，降低增氮量；冶炼终点[C]含量及出钢合金化控制有效降低出钢过程钢液的吸氮量；通过对LF精炼过程参数的控制降低精炼早期钢液的吸氮。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。