軸承鋼熱處理工藝包括正火、退火等預先熱處理和最終熱處理兩個主要環節。GCr15鋼是一種合金含量較少、具有良好性能、應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。加熱保溫時間比合金工具鋼長，鹽浴加熱系數取值0.8~1.5min/mm。空氣爐加熱系數1.5~2min/mm。
160℃±10℃的低溫回火，回火時間一般為2~4h。
精密軸承零件為穩定尺寸，淬火后應進行-60~80℃冷處理，保溫時間為2~4h，冷處理后零件恢復到室溫，在4h內進行回火，以防止零件開裂。
低溫回火時未能*消除的殘留應力在磨削加工后會重新分布。這兩種應力會導致零件尺寸發生變化，甚至會產生龜裂。為此，應再進行一次補充回火，回火溫度為120~160℃，保溫5~10h或更長。
②工模具GCr15熱處理：由于此鋼容易產生白點缺陷，大型工模具熱處理容易開裂，采用緩慢加熱或690℃長時間（大于5h）分段等溫可以降低開裂概率，奧氏體化溫度選擇810℃±10℃，保溫系數a=1.6~0.9min/mm。大于60mm直徑的工件需要水油雙液淬火。

名稱：軸承鋼生產工藝的制作方法

技術領域：

本發明是一種軸承鋼生產工藝，利用煉鋼爐、精煉爐、真空爐連鑄生產線生產該類鋼種，在冶煉過程中有效控制鋼中氧含量及其它夾雜物，屬于鋼鐵冶金技術領域。

背景技術：

軸承鋼由于*而又嚴格的性能要求，自上世紀初發明以來，雖鋼種未變，但通過生產裝備的進步和工藝的改進，鋼的質量顯著提高。提高軸承質量的關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統計概念即在一定的載荷條件下，用破壞概率與循環次數之間的關系來表示。除疲勞壽命之外，軸承還必須滿足高速、重載、精密、長壽的工藝要求，因而要求軸承鋼應具備高強韌性、表面高硬度耐腐蝕，淬透性好、尺寸精度高、尺寸穩定性好等技術指標。如何提高軸承鋼的疲勞壽命，近20年國內外開展了大量的研究工作。

新的研究觀點認為疲勞裂紋首先萌生于表面，再向內部擴展，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。應力誘發引起應變硬化并產生相變，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，向內擴散。

在衡量軸承鋼質量時，各國都把氧含量作為一項重要指標，因鋼中的氧幾乎全部來自氧化物夾雜，氧化物夾雜是影響軸承使用壽命的主要因素之一，生產實踐證明，鋼中氧含量低，軸承使用壽命高。

氧的來源鋼中的氧一是電爐的氧化反應包括脫碳、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入鋼中——主要產生在轉爐/電爐冶煉過程中；鋼水的二次氧化——主要產生在轉爐/電爐出鋼過程和連鑄澆注過程中以及精煉加料過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、精煉過程中造渣料及合金帶入及各耐材侵蝕進入鋼中等，包括了EAF到連鑄的整個工藝過程。因此，冶煉高質量的軸承鋼，對冶煉的各個工藝點提出了*的要求，冶煉時必須對各個工藝環節進行嚴格控制。

如何控制鋼水中的氧含量成為各個生產廠家的難題。

發明內容

發明目的本發明針對上述軸承鋼的生產機理出現的一些共性問題，提供了一種軸承鋼生產工藝，盡可能減少鋼中夾雜物，提高鋼材純凈度；嚴格控制和消除鋼中碳化物缺陷，提高鋼材的組織均勻性，在冶煉過程中通過有效控制各個生產步驟達到減少鋼中氧含量的目的。

技術方案一種軸承鋼生產工藝，包括加入原料、電爐冶煉、精煉、真空脫氧、連鑄等生產步驟，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)在電爐冶煉過程中，電爐出鋼時鋼水中碳含量≥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)精煉時將精煉用部分渣料石灰、螢石、預脫氧劑及合金加在鋼包包底并于在線烘烤位進行烘烤，同時采用鋁鐵預脫氧及鋁線脫氧；(4)真空處理，將溫度及成份均合格的鋼水吊至真空罐進行處理，真空度≤70Pa，真空保持時間在15分鐘以上，真空解除后，靜置保持液面微動15～20分鐘；(5)連鑄時，從鋼包到中間包使用全保護澆注，鋼包到中間包長水口氬封保護，中間包上水口內裝，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時使用結晶器電磁攪拌；低過熱度、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。

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

中包用小火烘烤2小時，大火烘烤1-1.1小時，確保中包溫度達到1000℃以上，中間包使用連續測溫系統，鋼水過熱度控制在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％，其余為常規元素。

有益效果通過本發明冶煉的軸承鋼，具有低的殘余元素、氣體含量和低的夾雜物總量，殘余夾雜物以細小、均勻、彌散的塑性夾雜物分布，均勻的化學成份和碳化物組織，其鋼坯中全氧含量小于10ppm，達到國家標準；同時該鋼種的成功開發，并因此可多生產高附加值鋼種，為企業創造利潤。

具體實施例方式

下面通過實施例對本發明作進一步的詳細說明。

生產工藝流程70t UHP-EAF→70t LF鋼包精煉爐→70t VD/VOD爐→五機五流合金鋼連鑄機(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。

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

選用精煉爐渣本渣系含有CaO、MgO、Al2O3等多種成分，見表1，使爐渣具有低的熔點和良好的流動性。渣中MgO具有保護包壁耐火材料的作用，同時也減少了耐火材料對鋼液的污染。渣中含有一定量的Al2O3，其與鋼中的脫氧產物界面張力小，因此，對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。

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、預脫氧劑及合金加在鋼包包底并在在線烘烤位進行烘烤。電爐出鋼畢即開至喂絲位進行喂絲，喂入Al線8-10m/t鋼，保證終點AlT≥0.060％。不使用硅鐵合金脫氧，防止精煉過程“回硅”造成[Si]成份超標。精煉過程中注意觀察爐渣狀況的變化，判斷爐渣堿度并根據情況補入一定的石灰。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行處理，真空度≤70Pa，真空保持時間15-20分鐘，處理總時間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晶器之間鋼水流的二次氧化，從鋼包到中間包使用全保護澆注，鋼包到中間包長水口氬封保護，中間包上水口內裝，使用擋渣堰，使用雙層覆蓋劑，使用軸承鋼專用結晶器保護渣，正常使用結晶器電磁攪拌。澆注過程中注意鋼水的組織節奏，不允許出現上鋼水遲的情況，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，大火烘烤1-1.1小時，確保中包溫度達到1000℃以上，中間包使用連續測溫系統，鋼水過熱度控制在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。

本實施例所得的軸承鋼GCr15中氧含量及夾雜物含量見表2。

表2 軸承鋼GCr15氧含量及夾雜物含量氧含量 A硫化物類B氧化鋁類 C硅酸鹽類 D球狀氧化物類夾雜物(ppm) 粗 細粗 細 粗細粗 細第一批 10 無 無無 無 無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根據試驗數據分析，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，其鋼坯質量達到國家質量標準。

權利要求

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

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

4.根據權利要求1所述的軸承鋼生產工藝，其特征在于所述的結晶器電磁攪拌時其電流強度控制在300～350A，頻率在3～3.5Hz。

5.根據權利要求1所述的軸承鋼生產工藝，其特征在于中包用小火烘烤2小時，大火烘烤1-1.1小時，確保中包溫度達到1000℃以上，中間包使用連續測溫系統，鋼水過熱度控制在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.根據權利要求1所述的軸承鋼生產工藝，其特征在于真空處理總時間30-35分鐘，氬氣流量80-150l/min，壓力0.4～0.8MPa；

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

8.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的軸承鋼生產工藝，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％，其余為常規元素。

全文摘要

本發明是一種軸承鋼生產工藝，在冶煉過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、連鑄等生產步驟，電爐出鋼到精煉爐時的鋼水溫度在1600℃以上，精煉時將精煉用部分渣料石灰、螢石、預脫氧劑及合金加在鋼包包底并于在線烘烤位進行烘烤，同時采用鋁鐵預脫氧及鋁線脫氧；真空度≤70Pa，真空保持時間在15分鐘以上，真空解除后，靜置保持液面微動15～20分鐘；連鑄時，鋼包到中間包長水口氬封保護，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時使用結晶器電磁攪拌；低過熱度、低拉速，二冷后段采用氣霧冷卻。本發明成品鋼坯中氧含量在10ppm以下，其性能指標符合國家質量標準。

文檔編號C21C5/00GK1563435SQ200410014700

公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月20日 優先權日2004年4月20日

發明者林國強, 孫華, 朱守欣, 孔凡杰 申請人:南京鋼鐵聯合有限公司