轴承钢的冶炼

1、轴承钢的冶炼轴承钢的冶炼 http:/ 笔趣阁主要内容主要内容n概述概述n影响轴承钢质量的关键成分和夹杂物影响轴承钢质量的关键成分和夹杂物及其控制及其控制 n轴承钢的冶炼轴承钢的冶炼 n轴承钢的连铸轴承钢的连铸一、概述一、概述 轴承是由内、外套圈、滚动体（滚珠、滚柱轴承是由内、外套圈、滚动体（滚珠、滚柱或滚针）和保持器四部分组成，除保持器外，其或滚针）和保持器四部分组成，除保持器外，其余都是由轴承钢制成。当轴承工作时，轴承内外余都是由轴承钢制成。当轴承工作时，轴承内外套圈、滚动体间承受高频率、变应力作用。在轴套圈、滚动体间承受高频率、变应力作用。在轴承旋转时，还承受离心力的作用，并随转速的增承

2、旋转时，还承受离心力的作用，并随转速的增加而增大；滚动体与套圈间不仅存在滚动，而且加而增大；滚动体与套圈间不仅存在滚动，而且还有滑动，所以在滚动体与套圈之间还存在摩擦。还有滑动，所以在滚动体与套圈之间还存在摩擦。 在几种力的综合作用下，在套圈或滚动体的在几种力的综合作用下，在套圈或滚动体的表面上抗疲劳强度低的部位首先产生疲劳裂纹，表面上抗疲劳强度低的部位首先产生疲劳裂纹，最后形成疲劳剥落，使轴承破损失效。轴承钢正最后形成疲劳剥落，使轴承破损失效。轴承钢正常破损的形式是接触疲劳损坏，其次是摩擦磨损常破损的形式是接触疲劳损坏，其次是摩擦磨损使精度丧失。使精度丧失。 非金属夹杂物或粗大碳化物，则可促

3、进裂纹非金属夹杂物或粗大碳化物，则可促进裂纹的产生。的产生。轴承钢的要求轴承钢的要求n对化学成分的要求；对化学成分的要求；n对非金属夹杂物的要求；对非金属夹杂物的要求；n高且均匀的硬度，高的耐磨性；高且均匀的硬度，高的耐磨性；n高的接触疲劳强度，保证轴承的正常使用寿命；高的接触疲劳强度，保证轴承的正常使用寿命；n高的弹性极限和一定的冲击韧性，承受高的负荷高的弹性极限和一定的冲击韧性，承受高的负荷而不变形，承受一定的冲击负荷；而不变形，承受一定的冲击负荷；n良好的尺寸稳定性，以保证精度，减轻振动良好的尺寸稳定性，以保证精度，减轻振动和噪声和噪声精密轴承；精密轴承；n一定的耐蚀性；一定的耐蚀性；n

4、良好的工艺性能，以满足大规模生产的需要。良好的工艺性能，以满足大规模生产的需要。轴承钢类型轴承钢类型 n高碳铬轴承钢高碳铬轴承钢n渗碳轴承钢渗碳轴承钢n不锈轴承钢不锈轴承钢n高温轴承钢和中碳轴承钢高温轴承钢和中碳轴承钢 使用最广、应用最久的是高碳铬轴承钢。使用最广、应用最久的是高碳铬轴承钢。 高碳轴承钢的特点高碳轴承钢的特点n高碳高碳n加铬加铬n加入加入Mo、Mn、Si、V等合金等合金n严格控制杂质元素，特别是严格控制杂质元素，特别是P、S、Ni、Cu 危害最大的是危害最大的是氧化物夹杂氧化物夹杂，其次是硅酸盐。，其次是硅酸盐。氧化物夹杂的最大粒径和粒子个数是轴承钢疲氧化物夹杂的最大粒径和粒子

5、个数是轴承钢疲劳寿命的根本原因劳寿命的根本原因轴承钢冶炼和浇铸的关轴承钢冶炼和浇铸的关键在于控制钢中氧含量到极限值、提高纯净度键在于控制钢中氧含量到极限值、提高纯净度和组织的均匀性，即降低钢中氧及非金属夹杂和组织的均匀性，即降低钢中氧及非金属夹杂物含量，控制好夹杂物形态和分布。核心物含量，控制好夹杂物形态和分布。核心高纯净度钢的生产。高纯净度钢的生产。二、影响轴承钢质量的关键成二、影响轴承钢质量的关键成分和夹杂物及其控制分和夹杂物及其控制n氧对轴承钢质量的影响及其控制氧对轴承钢质量的影响及其控制n轴承钢中的夹杂物及其控制轴承钢中的夹杂物及其控制n轴承钢中残余铝的控制轴承钢中残余铝的控制n轴承钢

6、中残余钛的控制轴承钢中残余钛的控制n硫含量硫含量n钢中碳化物缺陷钢中碳化物缺陷2.1 氧对轴承钢质量的影响及其控制氧对轴承钢质量的影响及其控制 钢中钢中wT.O=1010-4%轴承钢的疲劳寿命比轴承钢的疲劳寿命比wT.O=4010-4%提高提高10倍。倍。wT.O=510-4%的疲的疲劳寿命比劳寿命比wT.O=4010-4%提高提高30倍。轴承钢生倍。轴承钢生产的关键在于脱氧。产的关键在于脱氧。冶炼过程中应注意的问题冶炼过程中应注意的问题 n初炼钢液实现低氧化和低温化；初炼钢液实现低氧化和低温化；n强化初炼钢水的预脱氧；强化初炼钢水的预脱氧；n采用采用SiC和和Al粉进行扩散脱氧；粉进行扩散脱

7、氧；n精炼中期，钢中氧含量降低，精炼中期，钢中氧含量降低，Al也随之降也随之降低，采用喂低，采用喂Al线的方法添加线的方法添加Al；n选择合适的精炼渣系；选择合适的精炼渣系；n防止二次氧化；防止二次氧化；n合理的吹氩制度；合理的吹氩制度；n控制适当的残铝量；控制适当的残铝量；n确保足够的真空度和真空时间。确保足够的真空度和真空时间。2.2 轴承钢中的夹杂物及其控制轴承钢中的夹杂物及其控制n钢中非金属夹杂物数量和组分的变化钢中非金属夹杂物数量和组分的变化n钢中硫化物夹杂对轴承钢质量的影响钢中硫化物夹杂对轴承钢质量的影响n工艺参数对钢中夹杂物含量的影响工艺参数对钢中夹杂物含量的影响n浇注过程中夹杂

8、物的控制浇注过程中夹杂物的控制钢中非金属夹杂物数量和组分的变化钢中非金属夹杂物数量和组分的变化n钢中大于钢中大于5m的夹杂物在真空后大部分被去除。夹的夹杂物在真空后大部分被去除。夹杂物数量比真空前少杂物数量比真空前少1/3；nSKF研究发现：出钢后研究发现：出钢后15min夹杂主要由夹杂主要由Al2O3和和Al2O3SiO2MnO组成，来自电弧炉出钢的预脱氧产组成，来自电弧炉出钢的预脱氧产物；真空前物；真空前Al2O3CaO夹杂，是夹杂，是Al2O3和铁合金和铁合金Ca-Si中的钙的反应产物；真空后中的钙的反应产物；真空后夹杂中的夹杂中的Al2O3CaO往往包着一层往往包着一层MgS，Mg来自

9、真空下的耐来自真空下的耐材，并与材，并与Al2O3生成生成Al2O3MgO。钢中硫化物夹杂对轴承钢质量的影响钢中硫化物夹杂对轴承钢质量的影响 n有益有益n有害有害n对钢的疲劳寿命影响不大对钢的疲劳寿命影响不大工艺参数对钢中夹杂物含量的影响工艺参数对钢中夹杂物含量的影响 n电炉出钢温度电炉出钢温度n搅拌时间搅拌时间n铝脱氧工艺铝脱氧工艺 Ascometal公司认为，对于轴承钢的精炼，公司认为，对于轴承钢的精炼，应把重点放在：选择碱性耐材钢包内衬；最应把重点放在：选择碱性耐材钢包内衬；最大限度地去除炉渣；尽早形成大限度地去除炉渣；尽早形成非常低氧势的非常低氧势的脱氧精炼渣；控制气体搅拌，使夹杂物上

10、浮。脱氧精炼渣；控制气体搅拌，使夹杂物上浮。 浇注过程中夹杂物的控制浇注过程中夹杂物的控制 n模铸模铸重点放在避免钢包和锭模之间钢水流重点放在避免钢包和锭模之间钢水流的二次氧化；最大限度地避免钢水和耐材的作的二次氧化；最大限度地避免钢水和耐材的作用；最大限度地避免钢包渣、保温剂或浇注保用；最大限度地避免钢包渣、保温剂或浇注保温渣的卷入；温渣的卷入；n连铸连铸检测钢包中的下渣量；吹氩保护，防检测钢包中的下渣量；吹氩保护，防二次氧化；选用优质的耐材。二次氧化；选用优质的耐材。2.3 轴承钢中残余铝的控制轴承钢中残余铝的控制n金属铝及金属铝及AlN溶于酸，用溶于酸，用AlS表示。终脱氧用表示。终脱氧

11、用Al是获得低氧含量的钢液和保证钢中有合适是获得低氧含量的钢液和保证钢中有合适AlS。AlS高高保护条件不好易二次氧化增加保护条件不好易二次氧化增加Al2O3夹夹杂；杂；AlS低低Si的二次氧化及钢液随温度降低的二次氧化及钢液随温度降低溶解氧析出，产生含溶解氧析出，产生含SiO2很高的粗大玻璃质硅酸很高的粗大玻璃质硅酸盐夹杂。如果要使钢材晶粒细化，获得高强韧性，盐夹杂。如果要使钢材晶粒细化，获得高强韧性，残余铝可高些。对渗碳轴承钢来说，残余铝需要残余铝可高些。对渗碳轴承钢来说，残余铝需要控制得高些；对于高碳轴承钢对此控制要求不太控制得高些；对于高碳轴承钢对此控制要求不太高。高。2.4 轴承钢中

12、残余钛的控制轴承钢中残余钛的控制n钛对于高碳铬轴承钢有害，在钢中以钛对于高碳铬轴承钢有害，在钢中以Ti(C，N)、TiC、TiN存在呈坚硬的菱角。在相同尺寸下，存在呈坚硬的菱角。在相同尺寸下，危害大于危害大于Al2O3；n实践证明，实践证明，wTi超过超过5010-4%，轴承疲劳寿命，轴承疲劳寿命明显下降。电弧炉生产中，明显下降。电弧炉生产中，N高高更严格控更严格控制残制残Ti；n国外国外SKF3标准规定标准规定wTi0.003%；n大生产轴承钢钛含量不高于大生产轴承钢钛含量不高于5010-4%，对疲劳，对疲劳寿命几乎无影响，高于此值，寿命几乎无影响，高于此值，TiN与氧化物作用，与氧化物作用

13、，或簇状或簇状TiN本身之间的作用，导致显微裂纹发生本身之间的作用，导致显微裂纹发生率增加，恶化疲劳强度；率增加，恶化疲劳强度；n日本高周波公司开发低钛为特色的日本高周波公司开发低钛为特色的SUJ2KRF钢钢wTi1810-4%，寿命比普通轴承钢提高，寿命比普通轴承钢提高2倍；倍；n日本住友公司对不同钛和氧含量的钢管试验证明，日本住友公司对不同钛和氧含量的钢管试验证明，低氧和低钛有利于轴承使用寿命的提高。低氧和低钛有利于轴承使用寿命的提高。2.5 硫含量硫含量n许多人认为硫含量不会影响轴承寿命，甚至能许多人认为硫含量不会影响轴承寿命，甚至能减轻氧化物的有害作用。但随着纯净钢的提高，减轻氧化物的

14、有害作用。但随着纯净钢的提高，氧化物夹杂含量减少，硫化物的有害作用逐渐氧化物夹杂含量减少，硫化物的有害作用逐渐表现出来表现出来n日本一家著名微型轴承企业要求硫含量不高于日本一家著名微型轴承企业要求硫含量不高于0.003%n瑞典瑞典SKF0.015%n宝钢宝钢0.008% 2.6 钢中碳化物缺陷钢中碳化物缺陷n碳化物缺陷包括液析碳化物、带状碳化物和网碳化物缺陷包括液析碳化物、带状碳化物和网状碳化物，其危害相当于夹杂物；状碳化物，其危害相当于夹杂物；n碳化物缺陷主要起源于钢在凝固过程中的偏析，碳化物缺陷主要起源于钢在凝固过程中的偏析，控制和减少凝固偏析是控制和减少碳化物缺陷控制和减少凝固偏析是控制

15、和减少碳化物缺陷的关键环节；的关键环节；n采用合理的加热、轧制和热处理工艺可进一步采用合理的加热、轧制和热处理工艺可进一步改善碳化物结构和形态，减轻其危害。改善碳化物结构和形态，减轻其危害。三、轴承钢的冶炼三、轴承钢的冶炼n电炉流程，即电炉电炉流程，即电炉炉外精炼炉外精炼连铸或模连铸或模铸铸轧制；轧制；n转炉流程，即高炉转炉流程，即高炉铁水预处理铁水预处理转炉炉转炉炉外精炼外精炼连铸连铸轧制；轧制；n特种冶炼方法，即真空感应炉（特种冶炼方法，即真空感应炉（VIM）电电渣重熔（渣重熔（ESR）轧制或锻造。轧制或锻造。典型的轴承钢生产流程典型的轴承钢生产流程 n瑞典瑞典SKF：100t EFASE

16、A-SKFIC，生产，生产12-32mm棒线材、外径棒线材、外径90-200mm及外径及外径55-110mm钢管；钢管；n日本山阳：废钢预热日本山阳：废钢预热90 t EF（偏心底出（偏心底出钢）钢）LFRHCC（立式（立式3流，流，370mm470mm）或）或IC热轧（材）和冷轧。热轧（材）和冷轧。生产生产102-600mm棒材等，外径棒材等，外径50-180mm热轧热轧钢管，外径钢管，外径22-95mm冷轧钢管；冷轧钢管；n日本大同：废钢预热日本大同：废钢预热90tEAFLFRHCC（370mm480mm）；）；n日本神户：高炉日本神户：高炉铁水预处理铁水预处理80tLD-OTB顶底复吹转

17、炉顶底复吹转炉除渣除渣ASEA-SKF钢包精炼钢包精炼连铸（连铸（2流立弯型，流立弯型，300mm430mm），生产），生产18-105mm棒线材；棒线材；n日本川崎：高炉日本川崎：高炉铁水预处理铁水预处理转炉转炉钢包钢包精炼精炼真空真空连铸（连铸（4流流400mm560mm）；）；n日本住友：高炉日本住友：高炉转炉转炉VAD/RH连铸连铸/模铸（模铸（410mm560mm），棒线材；），棒线材；n日本新日铁：高炉日本新日铁：高炉转炉转炉LD转炉转炉LF钢包精炼钢包精炼RH连铸，生产连铸，生产19-120mm棒棒线材；线材；n日本爱知制钢：日本爱知制钢：EAF钢包精炼钢包精炼RH连铸，生产连铸

18、，生产16-100mm棒线材；棒线材；n德国克虏伯：德国克虏伯：110t UHP- EAF钢包冶金钢包冶金连铸（连铸（6流流260mm330mm），生产），生产28-80mm棒线材。棒线材。国外轴承钢的生产工艺特点国外轴承钢的生产工艺特点 n炉子大型化；无渣出钢；炉子大型化；无渣出钢；Al脱氧；真空或非真脱氧；真空或非真空条件下长时间搅拌；高碱度渣精炼；连铸。空条件下长时间搅拌；高碱度渣精炼；连铸。n相关技术体现在：钢包耐火材料的碱性化及钢相关技术体现在：钢包耐火材料的碱性化及钢包和中间薄的高温预热。包和中间薄的高温预热。n具体精炼技术体现在：初炼钢液的低氧化和低具体精炼技术体现在：初炼钢液的

19、低氧化和低温化；初炼炉出钢的钢渣分离；精炼渣的合成温化；初炼炉出钢的钢渣分离；精炼渣的合成化和液相化以及在线分析化；钢液精炼的模型化和液相化以及在线分析化；钢液精炼的模型化（包括吹氩搅拌的流量、时间以及吹氩位化（包括吹氩搅拌的流量、时间以及吹氩位置）；钢包浇钢的出渣；温度和成分以及铝脱置）；钢包浇钢的出渣；温度和成分以及铝脱氧工艺的过程控制。氧工艺的过程控制。n连铸技术体现在：钢包和中间包的留钢；钢流连铸技术体现在：钢包和中间包的留钢；钢流浇注气氛的惰性化和防堵；中间包钢水的大容浇注气氛的惰性化和防堵；中间包钢水的大容量化；中间包钢水流动的最优化；结晶器钢液量化；中间包钢水流动的最优化；结晶器

20、钢液面的稳定；连铸坯的大型化；二冷喷雾的均匀；面的稳定；连铸坯的大型化；二冷喷雾的均匀；电磁搅拌的多极化；轻压下技术。电磁搅拌的多极化；轻压下技术。轴承钢生产的基本条件轴承钢生产的基本条件 n大容量初炼炉，保证钢水低磷，成份温度合格，大容量初炼炉，保证钢水低磷，成份温度合格，实现无渣出钢；实现无渣出钢；n具备加热、真空、合金微调的精炼装置，最大限具备加热、真空、合金微调的精炼装置，最大限度脱除氧、氢等气体。保护浇铸防二次氧化；度脱除氧、氢等气体。保护浇铸防二次氧化；n采用多极组合电磁搅拌和轻压下技术，保证钢坯采用多极组合电磁搅拌和轻压下技术，保证钢坯的中心质量，减少中心偏析；的中心质量，减少中

21、心偏析；n轧机均为无扭无张力高速轧机轧制，保证轧材尺轧机均为无扭无张力高速轧机轧制，保证轧材尺寸精度和表面质量。寸精度和表面质量。n国产轴承钢精炼比已经达到国产轴承钢精炼比已经达到100%，平均氧含，平均氧含量已达到量已达到810-4%，好的达到，好的达到410-4%，但是，但是与瑞典与瑞典SKF、日本山阳等先进的厂家相比，在、日本山阳等先进的厂家相比，在钢中微量杂质元素含量、表面质量及内部质量钢中微量杂质元素含量、表面质量及内部质量稳定性方面仍有差距。如钛含量偏高，普遍在稳定性方面仍有差距。如钛含量偏高，普遍在0.003%以上。以上。n我国棒材比重很大，占我国棒材比重很大，占80%以上，管材

22、几乎为以上，管材几乎为零，线材、带材比重也较低。零，线材、带材比重也较低。3.1 电弧炉流程冶炼轴承钢电弧炉流程冶炼轴承钢nUHP EAF-LF-VD-CC或或IC为例，工艺流程为：电为例，工艺流程为：电炉出钢炉出钢LF座包工位（底吹氩开始）座包工位（底吹氩开始）测测温温供电造渣供电造渣脱氧和脱硫脱氧和脱硫调整成分调整成分测温测温VD工位工位真空精炼真空精炼喂线（铝脱喂线（铝脱氧或钙处理，底吹氩结束）氧或钙处理，底吹氩结束）连铸平台测温连铸平台测温连铸机浇铸。中心任务：脱氧和非金属夹杂物连铸机浇铸。中心任务：脱氧和非金属夹杂物去除及其控制。去除及其控制。超高功率电弧炉初炼超高功率电弧炉初炼 n

23、主要任务：熔化废钢、脱碳、脱磷和升温；主要任务：熔化废钢、脱碳、脱磷和升温；n炉料中配碳量可配到炉料中配碳量可配到1.00%-1.3%，用矿石、氧气，用矿石、氧气脱碳、脱磷、自动流渣，偏心地出钢，留渣留钢。脱碳、脱磷、自动流渣，偏心地出钢，留渣留钢。出钢时可以将碳含量控制在高碳铬轴承钢的下限，出钢时可以将碳含量控制在高碳铬轴承钢的下限，炉外精炼增碳量很小，方便操作；炉外精炼增碳量很小，方便操作；n要求初炼炉钢液低氧化合低温化，防止氧化渣入要求初炼炉钢液低氧化合低温化，防止氧化渣入钢包。钢包。LF钢包精炼炉钢包精炼炉 nLF精炼目的：脱氧、降硫、合金化、调整成精炼目的：脱氧、降硫、合金化、调整成

24、分，控制合适的浇注温度。轴承钢的中心任务：分，控制合适的浇注温度。轴承钢的中心任务：脱氧！脱氧！nLF加热前，用铝对钢液沉淀脱氧，然后加热、加热前，用铝对钢液沉淀脱氧，然后加热、调整钢液成分、调整精炼渣成分、吹氩搅拌；调整钢液成分、调整精炼渣成分、吹氩搅拌；n快速造碱性渣快速造碱性渣脱氧脱硫；脱氧脱硫；n底吹氩控制底吹氩控制过大，钢渣反应过分激烈和钢液过大，钢渣反应过分激烈和钢液对耐火材料冲刷严重，氧化物和钛化物进入钢液；对耐火材料冲刷严重，氧化物和钛化物进入钢液；过小钢液温度、成分以及钢渣反应都不均匀，不过小钢液温度、成分以及钢渣反应都不均匀，不充分，脱氧产物不能充分上浮；充分，脱氧产物不能

25、充分上浮；n合适的底吹氩制度：精炼前期以较大的氩气压力合适的底吹氩制度：精炼前期以较大的氩气压力搅拌；后期以较小的氩气压力搅拌搅拌；后期以较小的氩气压力搅拌使钛含量使钛含量在精炼过程中基本稳定，同时可使硫含量和氧含在精炼过程中基本稳定，同时可使硫含量和氧含量活度不断下降。一般控制在量活度不断下降。一般控制在0.2-0.3MPa。VD真空去气真空去气 n主要目的主要目的真空去氢、真空下碳脱氧继续脱氧、真空去氢、真空下碳脱氧继续脱氧、利用氩气搅拌去夹杂，一般脱氮不明显；利用氩气搅拌去夹杂，一般脱氮不明显；n进入进入VD前，除去炉渣，降低渣碱度，控制吹氩强前，除去炉渣，降低渣碱度，控制吹氩强度，真空

26、前加度，真空前加Al终脱氧，缓吹氩。前期吹氩不大终脱氧，缓吹氩。前期吹氩不大于于0.2Mpa，后期在，后期在0.1Mpa以下，可使钢液和炉渣以下，可使钢液和炉渣充分反应，脱氧产物充分上浮；充分反应，脱氧产物充分上浮；n真空时间过短真空时间过短脱氧产物不能充分上浮；过脱氧产物不能充分上浮；过长长耐火材料表层被钢液长期冲刷而剥落进耐火材料表层被钢液长期冲刷而剥落进入钢液，不利于钢中钛含量的控制；入钢液，不利于钢中钛含量的控制；n真空脱气后软吹氩搅拌真空脱气后软吹氩搅拌控制非金属夹杂含控制非金属夹杂含量。结束量。结束VD处理前处理前5min，视钢液含铝量补充，视钢液含铝量补充喂铝线，再进行弱搅拌以清

27、洗钢液；喂铝线，再进行弱搅拌以清洗钢液；连铸或铸锭（连铸或铸锭（IC） 3.2 转炉炼钢转炉炼钢n原料条件好，铁水的纯净度和质量稳定性均优原料条件好，铁水的纯净度和质量稳定性均优于废钢；于废钢；n采用铁水预处理，进一步提高铁水的纯净度；采用铁水预处理，进一步提高铁水的纯净度；n转炉终点碳控制水平高，钢渣反应比电炉更趋转炉终点碳控制水平高，钢渣反应比电炉更趋于平衡；于平衡；n转炉钢气体含量低；转炉钢气体含量低；n连铸和炉外精炼和工艺水平与电炉相当。连铸和炉外精炼和工艺水平与电炉相当。n日本和德国采用不同的生产工艺，区别日本和德国采用不同的生产工艺，区别炼炼钢终点碳的控制；钢终点碳的控制；n日本日

28、本“三脱三脱”预处理，少渣冶炼高碳钢技预处理，少渣冶炼高碳钢技术，生产低磷低氧钢；术，生产低磷低氧钢；n德国德国转炉低拉碳工艺，保证转炉后期脱磷转炉低拉碳工艺，保证转炉后期脱磷效果，依靠出钢是增碳生产轴承钢。效果，依靠出钢是增碳生产轴承钢。 n铁水预处理：镁基脱硫剂处理，入炉铁水铁水预处理：镁基脱硫剂处理，入炉铁水wS0.005%，处理后将渣，处理后将渣100%扒除；扒除；n 转 炉 冶 炼 ： 采 用 高 拉 碳 方 法 ， 终 点 碳转 炉 冶 炼 ： 采 用 高 拉 碳 方 法 ， 终 点 碳wC0.40%，同时控制，同时控制wP0.010%。废钢中配。废钢中配入铝锰钛提温剂入铝锰钛提温

29、剂补充终点高碳控制是温度补充终点高碳控制是温度不够；出钢温度不够；出钢温度1700，碳含量，碳含量0.34%，磷含，磷含量量0.007%；n出钢过程在包内采用高出钢过程在包内采用高Cr合金、合金、Si-Mn合金、炭粉合金、炭粉进行合金化和增碳，并进行挡渣操作，采用底吹进行合金化和增碳，并进行挡渣操作，采用底吹氩搅拌去除钢液中的全氧；氩搅拌去除钢液中的全氧；nLF精炼采用低碱度精炼采用低碱度CaO-Al2O3渣系，脱硫率达渣系，脱硫率达50%-70%，降低，降低Al类夹杂；与脱氧产物有一致的类夹杂；与脱氧产物有一致的组分，两者的界面张力小，易于结合成低熔点的组分，两者的界面张力小，易于结合成低熔

30、点的化合物化合物较强的吸收较强的吸收Al2O3夹杂能力，消除含夹杂能力，消除含CaO的的D类夹杂。同时底吹氩均匀成分、温度；类夹杂。同时底吹氩均匀成分、温度；n吹氩弱搅拌：根据参考样的成分分析，补充高吹氩弱搅拌：根据参考样的成分分析，补充高铬、高锰、炭粉进行成分调整满足内控要求，铬、高锰、炭粉进行成分调整满足内控要求，在温度高于吊包温度在温度高于吊包温度20-30时进行吹氩弱搅时进行吹氩弱搅拌拌夹杂物进一步上浮；夹杂物进一步上浮； n连铸连铸四、轴承钢的连铸四、轴承钢的连铸n高碳铬轴承钢，对钢的夹杂物和碳化物要求较为高碳铬轴承钢，对钢的夹杂物和碳化物要求较为苛刻，铸坯易产生偏析、缩孔和裂纹等缺

31、陷苛刻，铸坯易产生偏析、缩孔和裂纹等缺陷连铸困难，发展慢。日本山阳特殊钢厂于连铸困难，发展慢。日本山阳特殊钢厂于1982年年建成连铸机，氧含量比模铸降低建成连铸机，氧含量比模铸降低2.510-4%；n瑞典瑞典SKF公司公司Ovako厂于厂于1991年投入的新车间沿年投入的新车间沿用模铸生产轴承钢，美国用模铸生产轴承钢，美国Timken公司没有采用连公司没有采用连铸。铸。1991年和年和1997年在年在ASTM举办的轴承钢国际举办的轴承钢国际会议，轴承钢连铸仍然是一个有争议的课题；会议，轴承钢连铸仍然是一个有争议的课题；n到目前为止，没有一片文章报道，彻底解决了到目前为止，没有一片文章报道，彻底

32、解决了轴承钢连铸坯的中心碳偏析问题；轴承钢连铸坯的中心碳偏析问题；n轴承钢的连铸工艺一般应包括：钢包和中间包轴承钢的连铸工艺一般应包括：钢包和中间包烘烤、下渣监测、留钢及中间包钢水加热，全烘烤、下渣监测、留钢及中间包钢水加热，全程无氧化保护浇注，结晶器页面自动控制，结程无氧化保护浇注，结晶器页面自动控制，结晶器小振幅高频率振动，结晶器二冷末端电磁晶器小振幅高频率振动，结晶器二冷末端电磁搅拌，轻压下技术。搅拌，轻压下技术。 n钢液准备钢液准备n温度控制温度控制n连铸机的选择连铸机的选择n拉速和二冷的控制拉速和二冷的控制n 保护浇铸保护浇铸n连铸电磁搅拌连铸电磁搅拌n连铸轴承钢的碳化物特性及其均连

33、铸轴承钢的碳化物特性及其均匀化技术匀化技术n铸坯断面、压缩比及轻压下铸坯断面、压缩比及轻压下n连铸坯的质量连铸坯的质量4.1 钢液准备钢液准备n严格控制化学成分严格控制化学成分n较少或消除铸坯内裂和偏析裂，较少或消除铸坯内裂和偏析裂，Mn/S30，钢液残，钢液残铝量铝量0.01%-0.015%堵水口，减少堵水口，减少Al2O3 钢类钢类Mn/SN/10-4%H/10-4%O/10-4%Al/%过热度过热度/二冷强度二冷强度/Lkg-1高碳铬轴承钢高碳铬轴承钢303080803312120.01-0.01510-200.25渗碳铬镍轴承钢渗碳铬镍轴承钢303080803312120.01-0.0

34、1515-250.30耐热不锈轴承钢耐热不锈轴承钢303080803312120.01-0.01515-250.254.2 温度控制温度控制n冷却强度比模铸大，凝固界面的温度梯度高，柱冷却强度比模铸大，凝固界面的温度梯度高，柱状晶发达，树枝晶相遇，产生状晶发达，树枝晶相遇，产生“搭桥搭桥”现象。因现象。因此，连铸坯心部产生周期性断续的缩孔与偏析；此，连铸坯心部产生周期性断续的缩孔与偏析；n铸坯凝固时柱状晶发达因素中，过热度、二冷强铸坯凝固时柱状晶发达因素中，过热度、二冷强度等是导致偏析与缩孔主要因素。影响连铸坯低度等是导致偏析与缩孔主要因素。影响连铸坯低倍质量的连铸工艺参数中，过热度占主要地位

35、；倍质量的连铸工艺参数中，过热度占主要地位；n轴承钢要求尽可能低的过热度、较慢的拉速下浇轴承钢要求尽可能低的过热度、较慢的拉速下浇铸才能得到偏析小、组织均匀而致密的钢坯。铸才能得到偏析小、组织均匀而致密的钢坯。 精炼终点温度计算精炼终点温度计算nT精炼终点精炼终点=T液液+T钢包钢包-中间包中间包+T+k（t1+t2） k值与钢包容量、耐火材料的导热性和加值与钢包容量、耐火材料的导热性和加热周转情况密切相关，使钢包处于热平衡状态热周转情况密切相关，使钢包处于热平衡状态取得的值。取得的值。4.3 连铸机的选择连铸机的选择n轴承钢选择立式较为理想。它是高质量、高硬轴承钢选择立式较为理想。它是高质量

36、、高硬度钢，若采用弧型机，关键是弧型半径度钢，若采用弧型机，关键是弧型半径硬硬度高，铸坯矫直时，弧型半径不能保证铸坯变度高，铸坯矫直时，弧型半径不能保证铸坯变形的允许限度，则以产生矫直裂纹。形的允许限度，则以产生矫直裂纹。n轴承钢的弧型半径为：轴承钢的弧型半径为：R=（25-55）D（一般（一般为为50D）。）。4.4 拉速和二冷的控制拉速和二冷的控制n轴承钢含碳量高轴承钢含碳量高对裂纹敏感，采用弱冷二冷对裂纹敏感，采用弱冷二冷制度。低拉速有利于缩短液心长度，抑制柱状晶制度。低拉速有利于缩短液心长度，抑制柱状晶的长大，减小中心疏松和中心偏析。但过低的长大，减小中心疏松和中心偏析。但过低给矫直和

37、切割带来困难，不利于多炉连浇。给矫直和切割带来困难，不利于多炉连浇。n二冷水量过大二冷水量过大铸坯表面温度低，横断面上温铸坯表面温度低，横断面上温度梯度大，利于柱状晶生长，柱状晶区就宽；度梯度大，利于柱状晶生长，柱状晶区就宽；n二冷水量过小二冷水量过小可使柱状晶区宽度减少，等可使柱状晶区宽度减少，等轴晶区扩大，但刚的凝固系数下降，液相穴增轴晶区扩大，但刚的凝固系数下降，液相穴增长，对于改善轴心碳偏析不利；长，对于改善轴心碳偏析不利；n使用使用0.15-0.20 Mpa的压缩空气，实现气的压缩空气，实现气-雾冷却雾冷却工艺，二冷水量很小，配合低拉速保证铸坯温工艺，二冷水量很小，配合低拉速保证铸坯

38、温度大于度大于900。拉速一般控制在。拉速一般控制在0.3-0.8m/min，并根据铸坯的断面尺寸调整拉速，将二冷配水并根据铸坯的断面尺寸调整拉速，将二冷配水量控制在量控制在0.25-0.31 L/kg。4.5 保护浇铸保护浇铸n是防止二次氧化所必备的条件。四个环节：钢包是防止二次氧化所必备的条件。四个环节：钢包至中间包的钢流、中间包的内钢液面、中间包至至中间包的钢流、中间包的内钢液面、中间包至结晶器钢流、结晶器内钢液面；结晶器钢流、结晶器内钢液面；n钢包至中间包采用长水口，氩气保护。中间包耐钢包至中间包采用长水口，氩气保护。中间包耐火材料多采用碱性涂层（或碱性绝热板）；中间火材料多采用碱性涂

39、层（或碱性绝热板）；中间包的钢液面使用特殊碱性覆盖剂；包的钢液面使用特殊碱性覆盖剂；n中间包至结晶器使用浸入式水口，结晶器内钢液中间包至结晶器使用浸入式水口，结晶器内钢液面采用适应低过热度和低拉速浇铸的保护渣。面采用适应低过热度和低拉速浇铸的保护渣。4.6 连铸电磁搅拌连铸电磁搅拌 n电磁搅拌对改善轴承钢的连铸坯质量有重要作电磁搅拌对改善轴承钢的连铸坯质量有重要作用用高温区和低温区充分混合，加快过热度高温区和低温区充分混合，加快过热度的导出，并折断树枝晶，增加结晶核心及等轴的导出，并折断树枝晶，增加结晶核心及等轴晶数量，有效地控制树枝晶晶数量，有效地控制树枝晶“搭桥搭桥”想象，改想象，改善铸坯

40、中心碳偏析、中心疏松、缩孔等缺陷。善铸坯中心碳偏析、中心疏松、缩孔等缺陷。4.7 连铸轴承钢的碳化物特性及连铸轴承钢的碳化物特性及其均匀化技术其均匀化技术 n为改善碳化物，一般在连铸浇铸和铸坯的加热为改善碳化物，一般在连铸浇铸和铸坯的加热过程中，采用净化钢水、中间包钢水低过热度过程中，采用净化钢水、中间包钢水低过热度浇铸、低拉速和合适的二冷强度、合理的结晶浇铸、低拉速和合适的二冷强度、合理的结晶器和二冷末端的电磁搅拌组合使用、轻压下技器和二冷末端的电磁搅拌组合使用、轻压下技术和合理的连铸坯加热技术。术和合理的连铸坯加热技术。4.8 铸坯断面、压缩比及轻压下铸坯断面、压缩比及轻压下n压缩比与某些

41、质量指标发生关系，如低倍组织、压缩比与某些质量指标发生关系，如低倍组织、碳化物不均匀性；碳化物不均匀性；n连铸坯钢材的压缩比小于钢锭成材连铸坯钢材的压缩比小于钢锭成材连铸轴连铸轴承钢碳化物不均匀没有达到模铸材原因之一。承钢碳化物不均匀没有达到模铸材原因之一。另外钢锭一般需经均热炉高温扩散退火处理，另外钢锭一般需经均热炉高温扩散退火处理，碳化物偏析得到不同程度的均匀扩散；碳化物偏析得到不同程度的均匀扩散；n钢锭钢锭二火成材（钢锭均热炉、初轧机开坯二火成材（钢锭均热炉、初轧机开坯后钢坯连续加热炉加热），碳化物不均匀性再后钢坯连续加热炉加热），碳化物不均匀性再次改善；次改善；n连铸坯连铸坯一次成材，

42、碳化物扩散极其有限。一次成材，碳化物扩散极其有限。 连铸坯断面尺寸的选择两种思想：连铸坯断面尺寸的选择两种思想：n日本日本大截面铸坯，甚至选用垂直型铸机大截面铸坯，甚至选用垂直型铸机n欧美欧美小方坯连铸机，省去开坯，一次成材小方坯连铸机，省去开坯，一次成材n大冶经验：小方坯生产特殊钢，尤其是轴承钢，大冶经验：小方坯生产特殊钢，尤其是轴承钢，为质量问题根源。压缩比小，钢材致密度不够，为质量问题根源。压缩比小，钢材致密度不够，宏观组织满足不了要求；压缩比小，碳化物偏析宏观组织满足不了要求；压缩比小，碳化物偏析得不到改善。得不到改善。n高碳铬轴承钢连铸坯：高碳铬轴承钢连铸坯：180mm180mm、2

43、00mm200mm、210mm240mm，轧制成，轧制成直径直径55mm圆钢，可满足我国现行轴承钢的要圆钢，可满足我国现行轴承钢的要求，压缩比为求，压缩比为14-21，压缩比不得小于，压缩比不得小于14。对。对于滚动体轴承钢，有人认为最小压缩比应为：于滚动体轴承钢，有人认为最小压缩比应为：35-50。n轴 承 钢 的 铸 坯 断 面 尺 寸 一 般 不 应 小 于轴 承 钢 的 铸 坯 断 面 尺 寸 一 般 不 应 小 于200mm200mm，较大断面的铸坯，可借助大的，较大断面的铸坯，可借助大的压缩比来达到改善中心偏析和中心疏松的目的。压缩比来达到改善中心偏析和中心疏松的目的。此外，矩形坯

44、的中心偏析程度比方形坯轻。此外，矩形坯的中心偏析程度比方形坯轻。n大断面铸坯需经二次成材，生产周期长，费用高；大断面铸坯需经二次成材，生产周期长，费用高；小断面一次成材，费用低。但是高碳铬轴承钢的小断面一次成材，费用低。但是高碳铬轴承钢的轴心碳偏析是一个突出的质量问题特别是用于制轴心碳偏析是一个突出的质量问题特别是用于制作滚珠或滚针要特别慎重。作滚珠或滚针要特别慎重。n在铸坯凝固末端采用在铸坯凝固末端采用“轻压下轻压下”装置，即在液装置，即在液相穴位部适当的位置，用压辊对铸坯施加一定相穴位部适当的位置，用压辊对铸坯施加一定的压力使其适度轻微变形，可以改善中心疏松的压力使其适度轻微变形，可以改善

45、中心疏松和偏析。轻压下主要是对液相浓缩金属有向上和偏析。轻压下主要是对液相浓缩金属有向上的挤移作用和碎散分布作用的挤移作用和碎散分布作用改善连铸坯的改善连铸坯的轴心偏析和致密度。轴心偏析和致密度。 动态轻压下示意图动态轻压下示意图液芯位置变化液芯位置变化铸机上液芯位置的变化铸机上液芯位置的变化动态轻压下的应用现状动态轻压下的应用现状 国际上掌握并广泛应用动态轻压下技术国际上掌握并广泛应用动态轻压下技术的公司主要有：的公司主要有：n奥钢联奥钢联VAI;n德国德国SMS Demag;n意大利意大利Danieli;n日本住友重机日本住友重机; VAI连铸机在中国板坯连铸机份额达到连铸机在中国板坯连铸

46、机份额达到60%4.9 连铸坯的质量连铸坯的质量 n氧及夹杂物含量氧及夹杂物含量n碳化物不均匀性碳化物不均匀性n连铸轴承钢的接触疲劳寿命连铸轴承钢的接触疲劳寿命氧及夹杂物含量氧及夹杂物含量 n炉外精炼炉外精炼提高了轴承钢的质量，连铸轴承提高了轴承钢的质量，连铸轴承钢的氧含量进一步提高，因为模铸水口钢流与钢的氧含量进一步提高，因为模铸水口钢流与大气接触，中注管、汤道系统的耐火材料污染大气接触，中注管、汤道系统的耐火材料污染了钢液。了钢液。n日本和德国是世界上采用连铸工艺生产轴承钢日本和德国是世界上采用连铸工艺生产轴承钢较早且数量较大的国家，瑞典较早且数量较大的国家，瑞典SKF公司到目前公司到目前为止仍坚持模铸工艺。为止仍坚持模铸工艺。不同轴承钢生产厂轴承钢的氧及夹杂物含量不同轴承钢生产厂轴承钢的氧及夹杂物含量 厂家工艺wT.O/10-4%夹杂物ABCD细粗细粗细粗细粗SKFMR-BQ+模铸132.0000.50MR-PBQ+模铸101.00.51.000