一种含硫超低钛高标轴承钢的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种圆钢的生产方法，具体为一种含硫超低钛高标轴承钢的制备方法。制备方法包括转炉冶炼工序、LF炉外精炼工序、VD炉真空精炼工序、大方坯连铸工序和轧制工序步骤。转炉采用双渣法冶炼，终点[C]控制在0.15％～0.25％，出钢过程采用挡渣球和滑板双重挡渣操作，进LF前采用扒渣处理，尽快形成白渣操作，VD前确保适量的渣层厚度，VD破空后喂入硫铁线，钢包浇铸末期采用留钢留渣操作，轧制铸坯采用冷装，适当延长加热时间。本发明专利技术生产的含硫超低钛高标轴承钢切削性能好、纯净度极高、钛含量可控制到10ppm以内、氧含量可控制到6ppm以内、可浇性好，不需要进行喂硅钡线处理可连浇10炉以上，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢材的生产制造领域，具体来说涉及一种含硫超低钛高标轴承钢的制备方法。
技术介绍
轴承钢是用于制造滚动轴承的滚珠，滚柱和套筒等的钢种，属于优特钢品种，也可用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杠及柴油机油泵的精密偶件。由于轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢具有高而均匀的硬度、耐磨性、高的弹性极限、高的疲劳强度、良好的防锈性能、良好的切削性能等特点，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。近年来轴承钢主成份无太大的变化，随着技术装备和工艺的不断进步，其冶金质量得到了很大的提高。氧含量与氧化物夹杂会对轴承钢的性能、质量产生影响的。提高轴承钢的洁净度，特别是降低钢中氧含量可以明显地延长轴承的寿命，氧含量由28ppm降低到5ppm时，钢的疲劳寿命可以延长一个数量级。除氧含量之外，钢中Ti含量越低，轴承钢寿命就越高，尤其钢中氧含量在10ppm以下时，Ti含量超过20ppm，会对高标轴承钢质量带来更不利的影响，大大增加了精密轴承的噪音分贝，钛在轴承钢中被视为有害元素，它与溶解于钢中的氮、硫、氧有着极强的亲和力，多以钛类夹杂物(TiN、Ti4C2S2、TiO2等)的形式残留于钢中。这种夹杂物坚硬、呈棱角状，严重影响轴承的疲劳寿命，特别是在洁净度显著提高，其它氧化物夹杂数量很少的情况下，含钛夹杂物的危害尤为突出。因此，为了提高轴承钢的疲劳寿命，获得更佳的机械性能，一般要求轴承钢中的Ti含量越低越好。另外，由于圆钢成份中含有一定的硫含量，硫可以适当提高轴承钢的切削性能，但若生产过程中采用工艺不当，会对夹杂物等指标造成不利影响，加大疲劳性能合格的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对以上技术难题，通过合理选择工艺路线、合理设计工艺参数和合理选择硫铁线的加入时机等手段，提供了一种含硫超低钛高标轴承钢的制备方法，钢的纯净度极高、夹杂物级别低；可浇性好，不进行喂硅钡线处理，可连浇10炉以上，大大提高了生产效率；切削性能好，耐腐蚀性好，钛含量可控制到10ppm以内、氧含量可控制到6ppm以内，圆钢的表面质量良好，且质量稳定，完全满足国内外含硫超低钛高标轴承钢客户的需求。本专利技术的制备方法，包括转炉冶炼工序、LF精炼工序、VD真空精炼工序、大方坯连铸工序和轧制工序步骤，具体操作如下：(1)转炉冶炼选用优质铁水(每炉120吨)，采用双渣法操作，冶炼前加入废铜，冶炼过程中保持向转炉内通入氧气，终点[C]控制在0.15％～0.25％，终点[P]≤0.007％，出钢过程采用挡渣球(密度为4.6g/cm)和滑板双重挡渣操作，出钢1/4随钢液依次加入1/2脱氧剂铝块、低氮增碳剂、剩余1/2铝块、低钛合金和渣料，出钢时间为4～5min，出钢完毕后进行扒渣处理，选择前两炉未冶炼过含钛钢种的无残渣和残钢的钢包，转炉冶炼采用双渣法操作及出钢过程采用挡渣球和滑板双重挡渣操作能进一步稀释氧化渣中钛氧化物的浓度，同时大大减少转炉下渣量，减少渣中回钛，对降低钢中Ti含量和提高钢的纯净度十分有利，由于钛是易氧化元素，因此除钛是在整个转炉冶炼过程中保持向钢液中通入氧气实现的，95％以上的钛元素被氧化进入渣中，通过挡渣、扒渣操作使钛的氧化物与钢水产生分离，由碳氧浓度积可知：出钢碳较高时，钢水中的自由氧含量将大大降低，同时钢中Ti元素氧化物的比例会减少，成品中Ti含量将会增加；出钢碳较低时，钢水中的自由氧含量将大幅度提高，随着钢水中氧浓度的提高，钛含量将相应降低，为避免钢液中的氧含量给后续的脱氧任务带来极大的困难，同时确保成品钛含量，所以需将转炉终点C控制在一定范围，转炉终点时钢水中仅有极少钛含量从而无法与氧发生反应并生成氧化物进入渣料中，本专利技术同时将出钢氧含量和出钢钛含量控制到较低水平，这是生产洁净轴承钢的重要步骤，作为优选，步骤(1)的采用优质铁水作为炼钢原料，要求[Si]:0.35％～0.65％、[P]≤0.09％、[Ti]≤0.03％，温度T≥1300℃，出钢温度为1630～1670℃，废铜的加入量为0.88～0.93kg/t，增Cu目标至0.09％，添加适量铜元素，可以提高钢的耐蚀性能；由脱磷的基本条件可知，温度过高，不利于脱磷，因此应选择合适的出钢温度；由于铜元素不易氧化，稳定性好，因此可以选择在转炉冶炼前加入，便于后续节奏的控制，作为优选，出钢1/4时随钢液依次加脱氧剂铝块50～60kg/炉、低氮增碳剂6.0～6.6kg/t、铝块50～60kg/炉、低钛低铝硅铁2.4～2.8kg/t、金属锰2.6～3.0kg/t、低钛高碳铬铁20.0～20.5kg/t，渣料石灰的加入量为500kg/炉，低钛预熔渣的加入量为800kg/炉；扒渣量为50～100kg/炉，由于转炉出钢过程经过双重挡渣作用，下渣量已经比较少，为了进一步减少钢中的氧化渣需进行扒渣处理，但是扒渣过多会造成钢液裸露，钢水被氧化的风险，因此，需要严格控制扒渣量，确保钢液不裸露，加入铝块进行深脱氧，可以进一步脱除钢水的氧含量，并在软吹的过程中上浮至渣中，由于钛容易被氧化，转炉冶炼的过程中95％以上的钛元素被氧化并进入渣中，因此，转炉渣中含有大量的氧化钛，若不进行扒渣操作，钛可以回到钢水中，增加钢水的钛含量；(2)LF精炼炉密封良好，确保炉内还原性气氛，精炼前喂铝线调铝至0.040～0.050％，保证LF到位时钢水条件，即合金成分接近目标值，避免精炼中大量加入合金料从而带入钛，前期加入碳化硅和铝粒进行钢渣界面脱氧，中期、后期及末期不补加铝，用碳化硅进行脱氧操作造泡沫渣，渣子流动性良好，尽快形成白渣操作，在保证足够的白渣保持时间的前提下，缩短精炼时间以减少精炼过程中Ti的还原；精炼后期用碳线代替增碳剂进行调整碳含量，避免了精炼后期用增碳剂增碳造成的卷渣，影响轴承钢的纯净度；精炼完成后迅速转入VD炉真空精炼工序，精炼过程中严格执行吹氩制度，精炼前期和调整成分时采用大的吹氩强度，纯升温和造渣阶段要控制好吹氩流量，防止钢水外露吸氮，步骤(2)中，铝线的喂入量为300～400m/炉；碳化硅的加入量为250～280kg/炉；精炼前期和调成分时底吹大氩气量搅拌压力1.0～1.2MPa，流量300～400NL/min，纯升温阶段底吹氩气量搅拌压力0.8～1.0MPa，流量200～300NL/min；白渣保持时间30～40分钟，精炼时间40～50分钟，步骤(2)中，中期、后期及末期不补加铝，用碳化硅进行脱氧操作的目的是避免进入钢渣中的Ti被铝还原进入钢液，同时避免生成过多的铝类夹杂物来不及上浮影响钢的质量，加碳化硅的目的是为了进行钢渣界面脱氧，保证LF精炼炉中、后期的脱氧能力，精炼前期、中期为合金成分调整时期，采用大氩气量搅拌可以吹开渣面，提高合金收得率，加速合金熔化，均匀成分，同时能有效促进脱氧产物上浮；精炼后期、末期由于还原性渣的形成，炉渣会变得较稀，且没有调整合金阶段，适当调小氩气流量是为了防止钢液裸露、钢水吸氮的风险，同时还可以促进钢液中夹杂物进一步上浮，总之，本专利技术采取使夹杂物尽可能在前期生成，精炼中后期不补加铝，尽快造白渣脱氧，为夹杂物的上浮争取足够的时间，同时合理调整不同时期氩气的流量，并适当延长了后续VD破真空后的软吹时间等措施来避免缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含硫超低钛高标轴承钢的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括转炉冶炼工序、LF炉外精炼工序、VD炉真空精炼工序、大方坯连铸工序和轧制工序。

【技术特征摘要】
1.一种含硫超低钛高标轴承钢的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括转炉冶炼工序、LF炉外精炼工序、VD炉真空精炼工序、大方坯连铸工序和轧制工序。2.如权利要求1所述的含硫超低钛高标轴承钢的制备方法，其特征在于：转炉冶炼工序中，采用双渣法操作，采用优质铁水为原料，冶炼前加入废铜，终点[C]控制在0.15％～0.25％，终点[P]≤0.007％，出钢过程采用挡渣球和滑板双重挡渣操作，出钢1/4随钢液依次加入1/2脱氧剂铝块、低氮增碳剂、剩余1/2脱氧剂铝块、低钛合金和渣料，出钢时间为4～5min，出钢完毕后进行扒渣处理。3.如权利要求2所述的含硫超低钛高标轴承钢的制备方法，其特征在于：所述的优质铁水要求[Si]:0.35％～0.65％、[P]≤0.09％、[Ti]≤0.03％，温度T≥1300℃；出钢温度为1630～1670℃；废铜的加入量为0.88～0.93kg/t。4.如权利要求2所述的含硫超低钛高标轴承钢的制备方法，其特征在于：出钢1/4时随钢液依次加脱氧剂铝块50～60kg/炉、低氮增碳剂6.0～6.6kg/t、脱氧剂铝块50～60kg/炉、低钛低铝硅铁2.4～2.8kg/t、金属锰2.6～3.0kg/t、低钛高碳铬铁20.0～20.5kg/t，渣料石灰的加入量为500kg/炉，低钛预熔渣的加入量为800kg/炉；扒渣量为50～100kg/炉。5.如权利要求1所述的含硫超低钛高标轴承钢的制备方法，其特征在于：LF炉外精炼工序中，确保LF精炼炉密封良好，确保炉内还原性气氛，精炼前喂铝线调铝至0.040～0.050％，前期加入碳化硅和铝粒进行钢渣界面脱氧，中期、后期及末期不补加铝，用碳化硅进行脱氧操作造泡沫渣；精炼后期用碳线调整碳含量，精炼完成后迅速转入VD炉真空精炼工序；严格执行吹氩制度，精炼前期和调整成分时采用大的吹氩强度，纯升温和造渣阶段要控制好吹氩流量，防止钢水外露吸氮。6.如权利要求5所述的含硫超低钛高标轴承钢的制备方法，其特征在于：铝线的喂入量为300～400m/炉；碳化硅的加入量为250～280kg/炉；精炼前期和调成分时底吹大氩气量搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：豆乃远，万文华，縢力宏，王日红，
申请(专利权)人：常州东大中天钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32