軸承鋼熱處理工藝包括正火,、退火等預(yù)先熱處理和最終熱處理兩個(gè)主要環(huán)節(jié)。GCr15鋼是一種合金含量較少,、具有良好性能,、應(yīng)用廣泛的高碳鉻軸承鋼。GCr15軸承鋼熱處理后具有高而均勻的硬度,、良好的耐磨性,、高的接觸疲勞性能。
（1）預(yù)先熱處理
①正火：鉻軸承鋼正火工藝,，工件透熱后保溫40~60min,，冷卻需要較快，正火之后立即轉(zhuǎn)為球化退火,。
②球化退火：GCr15鉻軸承鋼常采用等溫球化退火工藝,，790℃被認(rèn)為是最佳的球化加熱溫度。退火前需加熱到900~920℃,，保溫2/3~1h后正火,。
保溫時(shí)間隨工件大小、加熱爐的均勻性,、裝爐方法及裝爐量,、退火前的原始組織均勻性而定。
低溫球化退火主要適用于冷沖球,、冷擠壓套圈的再結(jié)晶退火,。
普通球化退火、等溫球化退火主要適用于鍛造套圈,、熱沖球以及橫鍛球的退火,。鉻軸承鋼球化退火工藝。
（2）最終熱處理
①軸承零件：一般采用淬火和低溫回火,，其目的是提高鋼的強(qiáng)度,、硬度、耐磨性與抗疲勞性能,。GCr15鋼淬火溫度在820~860℃,，油淬臨界直徑為25mm。一般采用油冷淬火,。加熱保溫時(shí)間比合金工具鋼長(zhǎng),，鹽浴加熱系數(shù)取值0.8~1.5min/mm,。空氣爐加熱系數(shù)1.5~2min/mm,。
160℃±10℃的低溫回火,，回火時(shí)間一般為2~4h。
精密軸承零件為穩(wěn)定尺寸,，淬火后應(yīng)進(jìn)行-60~80℃冷處理,，保溫時(shí)間為2~4h，冷處理后零件恢復(fù)到室溫,，在4h內(nèi)進(jìn)行回火,，以防止零件開(kāi)裂。
低溫回火時(shí)未能*消除的殘留應(yīng)力在磨削加工后會(huì)重新分布,。這兩種應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致零件尺寸發(fā)生變化,，甚至?xí)a(chǎn)生龜裂。為此,，應(yīng)再進(jìn)行一次補(bǔ)充回火,，回火溫度為120~160℃，保溫5~10h或更長(zhǎng),。
②工模具GCr15熱處理：由于此鋼容易產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷,，大型工模具熱處理容易開(kāi)裂，采用緩慢加熱或690℃長(zhǎng)時(shí)間（大于5h）分段等溫可以降低開(kāi)裂概率,，奧氏體化溫度選擇810℃±10℃,，保溫系數(shù)a=1.6~0.9min/mm。大于60mm直徑的工件需要水油雙液淬火,。

名稱(chēng)：軸承鋼生產(chǎn)工藝的制作方法

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明是一種軸承鋼生產(chǎn)工藝,，利用煉鋼爐、精煉爐,、真空爐連鑄生產(chǎn)線生產(chǎn)該類(lèi)鋼種,，在冶煉過(guò)程中有效控制鋼中氧含量及其它夾雜物，屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域,。

背景技術(shù)：

軸承鋼由于*而又嚴(yán)格的性能要求,，自上世紀(jì)初發(fā)明以來(lái)，雖鋼種未變,，但通過(guò)生產(chǎn)裝備的進(jìn)步和工藝的改進(jìn),，鋼的質(zhì)量顯著提高。提高軸承質(zhì)量的關(guān)鍵是大幅度提高軸承鋼的疲勞壽命,。軸承的疲勞壽命是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念即在一定的載荷條件下,，用破壞概率與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系來(lái)表示。除疲勞壽命之外，軸承還必須滿足高速,、重載,、精密、長(zhǎng)壽的工藝要求,，因而要求軸承鋼應(yīng)具備高強(qiáng)韌性,、表面高硬度耐腐蝕，淬透性好,、尺寸精度高,、尺寸穩(wěn)定性好等技術(shù)指標(biāo),。如何提高軸承鋼的疲勞壽命,，近20年國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的研究工作。

新的研究觀點(diǎn)認(rèn)為疲勞裂紋首先萌生于表面,，再向內(nèi)部擴(kuò)展,，造成斷裂。通常,，把軸承鋼中的夾雜物和碳化物缺陷視為鋼中已存在的裂紋,。應(yīng)力誘發(fā)引起應(yīng)變硬化并產(chǎn)生相變，從而改變鋼材組織,。在夾雜物或碳化物缺陷與基體間的界面處萌生裂紋,，向內(nèi)擴(kuò)散。

在衡量軸承鋼質(zhì)量時(shí),，各國(guó)都把氧含量作為一項(xiàng)重要指標(biāo),，因鋼中的氧幾乎全部來(lái)自氧化物夾雜，氧化物夾雜是影響軸承使用壽命的主要因素之一,，生產(chǎn)實(shí)踐證明,，鋼中氧含量低，軸承使用壽命高,。

氧的來(lái)源鋼中的氧一是電爐的氧化反應(yīng)包括脫碳,、造泡沫渣等帶入；二是從外界氣體帶入,，包括電弧將氣體電離進(jìn)入鋼中——主要產(chǎn)生在轉(zhuǎn)爐/電爐冶煉過(guò)程中,；鋼水的二次氧化——主要產(chǎn)生在轉(zhuǎn)爐/電爐出鋼過(guò)程和連鑄澆注過(guò)程中以及精煉加料過(guò)程中鋼水液面裸露在大氣中吸氣；三是從渣料,、原材料及耐材中帶入,，指EAF渣料帶入,、精煉過(guò)程中造渣料及合金帶入及各耐材侵蝕進(jìn)入鋼中等，包括了EAF到連鑄的整個(gè)工藝過(guò)程。因此,，冶煉高質(zhì)量的軸承鋼,，對(duì)冶煉的各個(gè)工藝點(diǎn)提出了*的要求，冶煉時(shí)必須對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

如何控制鋼水中的氧含量成為各個(gè)生產(chǎn)廠家的難題,。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的本發(fā)明針對(duì)上述軸承鋼的生產(chǎn)機(jī)理出現(xiàn)的一些共性問(wèn)題，提供了一種軸承鋼生產(chǎn)工藝,，盡可能減少鋼中夾雜物,，提高鋼材純凈度；嚴(yán)格控制和消除鋼中碳化物缺陷,，提高鋼材的組織均勻性,，在冶煉過(guò)程中通過(guò)有效控制各個(gè)生產(chǎn)步驟達(dá)到減少鋼中氧含量的目的。

技術(shù)方案一種軸承鋼生產(chǎn)工藝,，包括加入原料,、電爐冶煉、精煉,、真空脫氧,、連鑄等生產(chǎn)步驟，具體的操作如下(1)電爐中加入原料廢鋼和生鐵或鐵水,，并加入袋裝石灰,；(2)在電爐冶煉過(guò)程中，電爐出鋼時(shí)鋼水中碳含量≥0.40％(重量百分比,，下同),，并保證電爐出鋼到精煉爐時(shí)的鋼水溫度在1600℃以上，控制鋼包中鋼水液面距鋼包沿250～350mm,；(3)精煉時(shí)將精煉用部分渣料石灰,、螢石、預(yù)脫氧劑及合金加在鋼包包底并于在線烘烤位進(jìn)行烘烤,，同時(shí)采用鋁鐵預(yù)脫氧及鋁線脫氧,；(4)真空處理，將溫度及成份均合格的鋼水吊至真空罐進(jìn)行處理,，真空度≤70Pa,，真空保持時(shí)間在15分鐘以上，真空解除后,，靜置保持液面微動(dòng)15～20分鐘,；(5)連鑄時(shí)，從鋼包到中間包使用全保護(hù)澆注,，鋼包到中間包長(zhǎng)水口氬封保護(hù),，中間包上水口內(nèi)裝，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑,，同時(shí)使用結(jié)晶器電磁攪拌,；低過(guò)熱度、低拉速，二冷后段采用氣霧冷卻,。

所述原料中配入的生鐵和鐵水的總量是30-50％,；所述鐵水和生鐵加入量最佳比例為45～50％；所述的袋裝石灰加入量為2～4噸/爐,。

電爐出鋼畢即開(kāi)至喂絲位進(jìn)行喂絲,，喂入Al線8～10m/t鋼，保證終點(diǎn)AlT≥0.060％,，全程底吹氬氣攪拌,，壓力在0.8～1Mpa，流量200～250l/min,；所述的結(jié)晶器電磁攪拌時(shí)其電流強(qiáng)度控制在300～350A,，頻率為3～3.5Hz。

中包用小火烘烤2小時(shí),，大火烘烤1-1.1小時(shí),，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上,，中間包使用連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng),，鋼水過(guò)熱度控制在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、四段使用氣霧冷卻,。

真空處理總時(shí)間30-35分鐘,，氬氣流量80-150l/min，壓力0.4～0.8MPa,。

所述的精煉渣的初始成份Al2O3含量在17～24％左右,，CaO含量在53～62％，MgO含量在5～12％,，SiO2含量≤12％,，其余為常規(guī)元素。

有益效果通過(guò)本發(fā)明冶煉的軸承鋼,，具有低的殘余元素,、氣體含量和低的夾雜物總量，殘余夾雜物以細(xì)小,、均勻,、彌散的塑性?shī)A雜物分布，均勻的化學(xué)成份和碳化物組織,，其鋼坯中全氧含量小于10ppm,，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)該鋼種的成功開(kāi)發(fā)，并因此可多生產(chǎn)高附加值鋼種,，為企業(yè)創(chuàng)造利潤(rùn),。

具體實(shí)施例方式

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

生產(chǎn)工藝流程70t UHP-EAF→70t LF鋼包精煉爐→70t VD/VOD爐→五機(jī)五流合金鋼連鑄機(jī)(斷面150×150及150×220),。冶煉鋼種為軸承鋼GCr15,。

使用原料為廢鋼+生鐵或鐵水，并加入袋裝石灰,，鐵水從爐子上方兌入,，鐵水比例為45-50％，加入量為2～4噸/爐,，以稀釋鋼中的殘余有害元素,，并保證電爐保碳操作有足夠的配碳量。

電爐進(jìn)行保碳操作,，使用優(yōu)質(zhì)石灰,，造好泡沫渣。盡量減少鋼水過(guò)氧化,，減少初煉鋼水帶入氧量,，電爐出鋼時(shí)鋼水中碳含量≥0.40％，并且保證電爐出鋼到精煉爐時(shí)鋼水溫度在1600℃以上,，控制鋼包中鋼水液面距包沿250～350mm,；出鋼過(guò)程中嚴(yán)禁下渣。

選用精煉爐渣本渣系含有CaO,、MgO,、Al2O3等多種成分，見(jiàn)表1,，使?fàn)t渣具有低的熔點(diǎn)和良好的流動(dòng)性,。渣中MgO具有保護(hù)包壁耐火材料的作用，同時(shí)也減少了耐火材料對(duì)鋼液的污染,。渣中含有一定量的Al2O3,，其與鋼中的脫氧產(chǎn)物界面張力小，因此,，對(duì)夾雜物具有較好的吸附作用,。渣系中CaO、MgO含量較高,，而SiO2含量較低,，還原能力強(qiáng)。

表1精煉爐爐渣組成工 精煉爐渣組成/％序CaO Al2O3SiO2MgO S MnOTFeRLF 53.25-60.70 17.26-23.54 9.18-16.32 6.25-11.94 0.19-1.43 0.1-0.15 0.57～1.42VD 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指精煉爐,；VD指真空爐,。

精煉將精煉用部分渣料石灰,、螢石、預(yù)脫氧劑及合金加在鋼包包底并在在線烘烤位進(jìn)行烘烤,。電爐出鋼畢即開(kāi)至喂絲位進(jìn)行喂絲,，喂入Al線8-10m/t鋼，保證終點(diǎn)AlT≥0.060％,。不使用硅鐵合金脫氧,，防止精煉過(guò)程“回硅”造成[Si]成份超標(biāo)。精煉過(guò)程中注意觀察爐渣狀況的變化,，判斷爐渣堿度并根據(jù)情況補(bǔ)入一定的石灰,。全程底吹氬氣攪拌，壓力0.8～1Mpa,，流量200～250l/min,。

真空處理將溫度及成份均合格的鋼水吊至真空罐進(jìn)行處理，真空度≤70Pa,，真空保持時(shí)間15-20分鐘,，處理總時(shí)間30-35分鐘，氬氣流量80-150l/min,，壓力0.4～0.8MPa,。

連鑄為避免鋼包到結(jié)晶器之間鋼水流的二次氧化，從鋼包到中間包使用全保護(hù)澆注,，鋼包到中間包長(zhǎng)水口氬封保護(hù),，中間包上水口內(nèi)裝，使用擋渣堰,，使用雙層覆蓋劑，使用軸承鋼專(zhuān)用結(jié)晶器保護(hù)渣,，正常使用結(jié)晶器電磁攪拌,。澆注過(guò)程中注意鋼水的組織節(jié)奏，不允許出現(xiàn)上鋼水遲的情況,，以最大限度地避免鋼包渣,、保溫劑或澆注保溫渣的卷入。中包用小火烘烤2小時(shí),，大火烘烤1-1.1小時(shí),，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上，中間包使用連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng),，鋼水過(guò)熱度控制在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,、四段使用氣霧冷卻,。

本實(shí)施例所得的軸承鋼GCr15中氧含量及夾雜物含量見(jiàn)表2。

表2 軸承鋼GCr15氧含量及夾雜物含量氧含量 A硫化物類(lèi)B氧化鋁類(lèi) C硅酸鹽類(lèi) D球狀氧化物類(lèi)夾雜物(ppm) 粗 細(xì)粗 細(xì) 粗細(xì)粗 細(xì)第一批 10 無(wú) 無(wú)無(wú) 無(wú) 無(wú)0.5 0.51.0第二批 5 0.50 0.500 0 0.50.5第三批 10 0.51 0.510.5 0 1 0.5根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,，軸承鋼GCr15氧含量及夾雜物含量均符合要求,，鋼坯中全氧含量在6-8ppm，其鋼坯質(zhì)量達(dá)到國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),。

權(quán)利要求

1.一種軸承生產(chǎn)工藝,，包括加入原料、電爐冶煉,、精煉,、真空脫氧、連鑄等生產(chǎn)步驟,，其特征在于(1)電爐中加入原料廢鋼和生鐵或鐵水,，并加入袋裝石灰；(2)在電爐冶煉過(guò)程中,，電爐出鋼時(shí)鋼水中碳含量≥0.40％,，電爐出鋼到精煉爐時(shí)鋼水溫度在1600℃以上，控制鋼包中鋼水液面距鋼包沿250～350mm,；(3)精煉時(shí)將精煉用部分渣料石灰,、螢石、預(yù)脫氧劑及合金加在鋼包包底并于在線烘烤位進(jìn)行烘烤,，同時(shí)采用鋁鐵預(yù)脫氧及鋁線脫氧,；(4)真空處理，將溫度及成份均合格的鋼水吊至真空罐進(jìn)行處理,，真空度≤70Pa,，真空保持時(shí)間在15分鐘以上，真空解除后,，靜置保持液面微動(dòng)15～20分鐘,；(5)連鑄時(shí)，從鋼包到中間包使用全保護(hù)澆注,，鋼包到中間包長(zhǎng)水口氬封保護(hù),，中間包上水口內(nèi)裝，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑,，同時(shí)使用結(jié)晶器電磁攪拌,；低過(guò)熱度、低拉速,，二冷后段采用氣霧冷卻,。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于所述原料中配入的生鐵和鐵水的總量是30-50％,；所述的袋裝石灰加入量為2～4噸/爐,。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝,，其特征在于電爐出鋼畢即開(kāi)至喂絲位進(jìn)行喂絲，喂入Al線8-10m/t鋼,，保證終點(diǎn)AlT≥0.060％,，全程底吹氬氣攪拌，壓力在0.8～1Mpa,，流量200～250l/min,。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的結(jié)晶器電磁攪拌時(shí)其電流強(qiáng)度控制在300～350A,，頻率在3～3.5Hz,。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于中包用小火烘烤2小時(shí),，大火烘烤1-1.1小時(shí),，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上，中間包使用連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng),，鋼水過(guò)熱度控制在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,、四段使用氣霧冷卻。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝,，其特征在于真空處理總時(shí)間30-35分鐘,，氬氣流量80-150l/min，壓力0.4～0.8MPa,；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝,，其特征在于所述鐵水和生鐵加入量最佳比例為45～50％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝,，精煉渣中含硫,、錳等元素，其特征在于精煉渣的初始成份為Al2O317～24％,，CaO 53～62％，MgO 5～12％,，SiO2≤12％,，其余為常規(guī)元素。

全文摘要

本發(fā)明是一種軸承鋼生產(chǎn)工藝,，在冶煉過(guò)程中有效控制鋼中氧含量及其它夾雜物,，包括加入原料、電爐冶煉,、精煉,、真空脫氧,、連鑄等生產(chǎn)步驟，電爐出鋼到精煉爐時(shí)的鋼水溫度在1600℃以上,，精煉時(shí)將精煉用部分渣料石灰,、螢石、預(yù)脫氧劑及合金加在鋼包包底并于在線烘烤位進(jìn)行烘烤,，同時(shí)采用鋁鐵預(yù)脫氧及鋁線脫氧,；真空度≤70Pa，真空保持時(shí)間在15分鐘以上,，真空解除后,，靜置保持液面微動(dòng)15～20分鐘；連鑄時(shí),，鋼包到中間包長(zhǎng)水口氬封保護(hù),，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時(shí)使用結(jié)晶器電磁攪拌,；低過(guò)熱度,、低拉速，二冷后段采用氣霧冷卻,。本發(fā)明成品鋼坯中氧含量在10ppm以下,，其性能指標(biāo)符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

文檔編號(hào)C21C5/00GK1563435SQ200410014700

公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日

發(fā)明者林國(guó)強(qiáng), 孫華, 朱守欣, 孔凡杰 申請(qǐng)人:南京鋼鐵聯(lián)合有限公司