一种机床用高端轴承钢材料及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种机床用高端轴承钢材料及其生产工艺，属于特殊钢冶炼技术领域。为解决现有轴承钢材料耐磨性、接触疲劳强度等性能无法满足高端数控机床要求的问题，本发明专利技术提供了一种机床用高端轴承钢材料及其生产工艺，包括电炉→LF精炼及VD工艺→模铸→热送/罩冷→一次加热轧制开坯→缓冷→二次加热轧制→球化退火。本发明专利技术在现有轴承钢基础上添加了Ni、Mo及稀土元素，严格控制Al、Cu含量，为钢材料提供了良好的力学性能指标，生产的轴承钢材料具有高弹性极限、抗拉强度、接触疲劳强度和耐磨性，可有效降低材料疲劳剥落、卡死等现象，适用于制造机床用轴承套圈及较宽尺寸范围的滚动体、滚针。

A High-end Bearing Steel Material for Machine Tools and Its Production Process

【技术实现步骤摘要】
一种机床用高端轴承钢材料及其生产工艺
本专利技术属于特殊钢冶炼
，尤其涉及一种机床用高端轴承钢材料及其生产工艺。
技术介绍
随着数控技术的迅猛发展，机床工业技术也随之迅猛发展。其中，高速加工可以有效地提高机床的加工效率、缩短工件的加工周期。这就要求机床主轴及其相关部件要适应高速加工的需求。目前，数控机床主轴轴承基本上限定在角接触球轴承、圆柱滚子轴承、双向推力角接触球轴承和圆锥滚子轴承等四种结构类型。轴承钢材料是用于制造滚动轴承的滚珠，滚柱和套筒等的特殊钢种，轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，也是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。高碳铬轴承钢是含碳1％左右、含铬1.5％左右的钢材料，广泛应用于制造各类轴承。但随着高速加工等高端数控机床对轴承钢材料的耐磨性、接触疲劳强度、加工性能等要求越来越高，现有的高碳铬轴承钢材料已经无法满足高端数控机床的要求。
技术实现思路
为解决现有轴承钢材料耐磨性、接触疲劳强度等性能无法满足高端数控机床要求的问题，本专利技术提供了一种机床用高端轴承钢材料及其生产工艺。本专利技术的技术方案：一种机床用高端轴承钢材料，所含化学成分按质量百分含量包括C：0.95～1.05％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.25～0.45％、Cr：1.45～1.60％、Ni：0.05～0.10％、Mo：0.02～0.06％、Al：0.010～0.050％、Cu：0.06～0.10％、P≤0.010％、S≤0.008％、Nb：0.010～0.045％、Y≤0.020％、Ce≤0.010％、Ti≤0.0015％、O≤0.0020％、As≤0.040％、Sn≤0.030％、Sb≤0.0050％、Pb≤0.0020％、Ca≤0.0010％，其余为Fe及不可避免杂质。本专利技术提供的机床用高端轴承钢材料的生产工艺，包括电炉→LF精炼及VD工艺→模铸→热送/罩冷→一次加热轧制开坯→缓冷→二次加热轧制→球化退火；所述电炉过程中：电炉装入生铁、铁水或钢铁料，所述钢铁料使用非含Ti钢种组别料；当钢液温度≥1580℃且C含量≥0.30％时将氧化渣放掉，开始电炉出钢，出钢过程中随出钢钢液增碳、加新型复合渣、铝锭、合金和白灰；所述LF精炼及VD工艺过程中：钢液到达精炼位后升温至1550℃，加入硅铁、新型复合渣化渣，炉渣化好后分批加入扩散脱氧剂进行造渣，当炉渣达到精炼渣系的条件，即CaO46～55％，SiO2≤7％，Al2O332～38％，MgO≤8％时开始控制白渣精炼时间以实现钢液脱氧；白渣精炼后，在一定真空度下控制氩气流量对钢液进行软吹，放散后加入钢包覆盖剂，继续在一定氩气流量下软吹一定时间；所述模铸过程中：软吹后的钢液全程在氩气保护下进行浇注，铸锭使用Ⅰ类钢锭模，模温保证在30～80℃，钢锭模内表面清理干净。坐模时，尾砖眼与模底水扣眼必须对齐，绝热板装配与帽口下沿平齐，缝隙塞严，等待浇注时钢锭模帽口上用铁板盖严，防止粉尘进入钢锭模。浇注时钢液温度为1505～1510℃，浇注过程保证钢液平稳上升并控制一定的帽口补缩时间；所述一次加热轧制开坯过程中：将温度均匀恒定的钢锭以一定的升温速度加热到850℃并保温一定时间，然后在一定升温时间内加热到1230～1240℃，保温一定时间后出钢轧制开坯；所述二次加热轧制成材过程中：钢坯在预热段保温一定时间后进入二次加热段，其中1段加热至900～1120℃并保温100～120min，2段加热至1200～1220℃并保温110～130min，进入均热段温度为1180～1200℃并保温115～135in，出炉温度为1120～1200℃；开轧温度为1120℃，轧制过程中穿水冷却，终轧温度为780℃；所述球化退火过程中：根据轧制后钢材的重量设置钢材在810±10℃的保温时间，然后以一定的降温速度降至710±10℃，钢材在710±10℃的保温时间为其在810±10℃的保温时间的1.5倍，再以一定降温速度降至500℃并保温1h，最后随炉冷却3h后出炉空冷。进一步的，电炉过程中，所述增碳、加新型复合渣、铝锭、合金和白灰的时间为：在出钢3～5吨时依次加入碳粉、新型复合渣和铝锭；在出钢10～15吨时加入合金；在出钢20～25吨时再次加入新型复合渣和白灰；其中增碳以LF精炼位到位C含量为0.85～0.95％控制碳粉的加入量，合金的加入量以LF精炼位到位除Si之外的化学成分达到规格下限控制，LF精炼位到位铝含量为0.030～0.040％。进一步的，所述合金包括低钛高铬和中碳锰铁；所述低钛高铬的成分按质量百分含量包括：Cr：60.2％、C：0.18％、Si：0.7％、P：0.03％、S：0.02％、Ti：0.003％，其余为Fe及不可避免杂质；所述中碳锰铁的成分按质量百分含量包括：Mn：79.45％、C：1.47％、Si：1.62％、P：0.191％，其余为Fe及不可避免杂质。进一步的，电炉过程中，所述新型复合渣的成分按质量百分含量包括：CaO：46％、MgO：2.2％、Fe2O3：0.6％、Al2O3：40％、SiO2：0.2％，H2O：0.17％，其余为其他金属氧化物及不可避免杂质。进一步的，LF精炼及VD工艺过程中，所述硅铁的成分按质量百分含量包括：Si：76.7％、C：0.01％、Ti:0.013％，其余为其他金属氧化物及不可避免杂质；所述扩散脱氧剂包括铝粒、碳粉按重量比1:1组成的混合物和碳粉、硅粉按重量比1:1组成的混合物；根据精炼渣系的造渣情况在精炼前期使用铝粒、碳粉混合脱氧，后期使用碳粉、硅粉混合脱氧；所述白渣精炼时间为30～50min。进一步的，LF精炼及VD工艺过程中，所述真空度为67Pa，所述真空下氩气流量为20～40NL/min，真空下软吹时间为20～30min；所述放散后氩气流量为10～40NL/min，放散后软吹时间为30～40min；所述钢包覆盖剂的成分按质量百分含量包括：SiO2：20.00～30.00％、CaO：23.00～33.00％、Al2O3：8.00～20.00％、C：10.00～20.00％，其余为其他金属氧化物及不可避免杂质。进一步的，模铸过程中，保护氩气的压力为0.02～0.03MPa，使用轴承钢专用保护渣并采用吊挂方式浇注，开浇回流要及时，开浇后调整好注流，严禁在浇注过程忽大忽小的调流；所述轴承钢专用保护渣的成分按质量百分含量包括：SiO2：34.00～44.00％、CaO：9.00～19.00％、Al2O3≤12.00％、C：11.00～21.00％、MgO≤8.00％，其余为其他金属氧化物及不可避免杂质；所述吊挂的高度距模底250～300mm；所述帽口补缩时间为240s。进一步的，一次加热轧制开坯过程中，所述温度均匀恒定的钢锭是在500～700℃保温90min达到温度均匀恒定；所述升温速度为75℃/h；所述850℃的保温时间为30min；所述升温时间为3～5h；所述1230～1240℃的保温时间为9～14h；二次加热轧制成材过程中：所述预热段钢坯的温度为500～800℃，保温时间为75～90min。进一步的，球化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机床用高端轴承钢材料，其特征在于，所含化学成分按质量百分含量包括C：0.95～1.05％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.25～0.45％、Cr：1.45～1.60％、Ni：0.05～0.10％、Mo：0.02～0.06％、Al：0.010～0.050％、Cu：0.06～0.10％、P≤0.010％、S≤0.008％、Nb：0.010～0.045％、Y≤0.020％、Ce≤0.010％、Ti≤0.0015％、O≤0.0020％、As≤0.040％、Sn≤0.030％、Sb≤0.0050％、Pb≤0.0020％、Ca≤0.0010％，其余为Fe及不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种机床用高端轴承钢材料，其特征在于，所含化学成分按质量百分含量包括C：0.95～1.05％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.25～0.45％、Cr：1.45～1.60％、Ni：0.05～0.10％、Mo：0.02～0.06％、Al：0.010～0.050％、Cu：0.06～0.10％、P≤0.010％、S≤0.008％、Nb：0.010～0.045％、Y≤0.020％、Ce≤0.010％、Ti≤0.0015％、O≤0.0020％、As≤0.040％、Sn≤0.030％、Sb≤0.0050％、Pb≤0.0020％、Ca≤0.0010％，其余为Fe及不可避免杂质。2.一种如权利要求1所述的机床用高端轴承钢材料的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括电炉→LF精炼及VD工艺→模铸→热送/罩冷→一次加热轧制开坯→缓冷→二次加热轧制→球化退火；所述电炉过程中：电炉装入生铁、铁水或钢铁料，当钢液温度≥1580℃且C含量≥0.30％时将氧化渣放掉，开始电炉出钢，出钢过程中随出钢钢液增碳、加新型复合渣、铝锭、合金和白灰；所述LF精炼及VD工艺过程中：钢液到达精炼位后升温至1550℃，加入硅铁、新型复合渣化渣，炉渣化好后分批加入扩散脱氧剂进行造渣，当炉渣达到精炼渣系的条件，即CaO46～55％，SiO2≤7％，Al2O332～38％，MgO≤8％时开始控制白渣精炼时间以实现钢液脱氧；白渣精炼后，在一定真空度下控制氩气流量对钢液进行软吹，放散后加入钢包覆盖剂，继续在一定氩气流量下软吹一定时间；所述模铸过程中：软吹后的钢液全程在氩气保护下进行浇注，浇注时钢液温度为1505～1510℃，浇注过程保证钢液平稳上升并控制一定的帽口补缩时间；所述一次加热轧制开坯过程中：将温度均匀恒定的钢锭以一定的升温速度加热到850℃并保温一定时间，然后在一定升温时间内加热到1230～1240℃，保温一定时间后出钢轧制开坯；所述二次加热轧制成材过程中：钢坯在预热段保温一定时间后进入二次加热段，其中1段加热至900～1120℃并保温100～120min，2段加热至1200～1220℃并保温110～130min，进入均热段温度为1180～1200℃并保温115～135min，出炉温度为1120～1200℃；开轧温度为1120℃，轧制过程中穿水冷却，终轧温度为780℃；所述球化退火过程中：根据轧制后钢材的重量设置钢材在810±10℃的保温时间，然后以一定的降温速度降至710±10℃，钢材在710±10℃的保温时间为其在810±10℃的保温时间的1.5倍，再以一定降温速度降至500℃并保温1h，最后随炉冷却、出炉空冷。3.根据权利要求2所述一种机床用高端轴承钢材料的生产工艺，其特征在于，电炉过程中，所述增碳、加新型复合渣、铝锭、合金和白灰的时间为：在出钢3～5吨时依次加入碳粉、新型复合渣和铝锭；在出钢10～15吨时加入合金；在出钢20～25吨时再次加入新型复合渣和白灰；其中增碳以LF精炼位到位C含量为0.85～0.95％控制碳粉的加入量，合金的加入量以LF精炼位到位除Si之外的化学成分达到规格下限控制，LF精炼位到位铝含量为0.030～0.040％。4.根据权利要求2或3所述一种机床用...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊洪进，陈列，董贵文，李彬，王强，马忠存，陈迦杉，杨平，
申请(专利权)人：建龙北满特殊钢有限责任公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23