鞍钢GCr15轴承钢棒材生产工艺实践

1、鞍钢技术2012年第5期ANGANGTECHNOLOGY总第377期生产实践鞍钢GCr15轴承钢棒材生产工艺实践王宁，臧绍双，杨辉，曹维华，罗建华（鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁鞍山114021）摘要：介绍了鞍钢GCr15轴承钢棒材的生产工艺流程。通过对转炉冶炼和炉外精炼工艺的控制，使GCr15轴承钢化学成分符合控制要求，钢中全氧含量达到0.0010%以下，满足用户要求；精炼过程采取顶渣成分控制和弱氩气搅拌技术，使钢中夹杂物尺寸控制到10m以下；采用低过热度浇注、电脉冲技术、控制铸坯加热时间和初轧、终轧温度等技术，改善了钢坯的中心偏析和疏松。关键词：棒材；GCr15轴承钢；转炉冶炼；炉外精炼；

2、洁净度中图分类号：TF762文献标识码：A文章编号：1006-4613（2012）05-0050-05ProcessPracticeofGCr15BearingSteelBarinAngangWangNing,ZangSaoshuang,YangHui,CaoWeihua,LuoJianhua(GeneralSteelmakingPlantofAngangSteelCo.,Ltd.,Anshan114021,Liaoning,China)Abstract：ThispaperintroducestheprocessflowforproducingGCr15bearingsteelbarinAng

3、ang.Basedoncontrollingthesmeltingprocessbyconverterandsecondaryrefining,chemicalcompositionsofGCr15bearingsteelcanmeetrequirementsdemandedbyusers.Forexamplethetotalcontentofoxygeninsteelcanbecontrolledlessthan0.0010%.Andduringrefining,boththetechnologyforcontrollingthecompositionoftopslagandthestirr

4、ingprocessbyweakargonareadopted,andsothesizesofinclusionsinsteelcanbecontrolledlessthan10m.Ontheotherhandsomeothertechnologiessuchaslowsuperheatcasting,electricalimpulses,controllingthetimeforheatingabilletintheheatingfurnaceandtemperaturesforstartingroughrollingandfin-ishrollingareusedandasaresultt

5、hecentersegregationandporosityofthebilletseldomoccurthanbefore.Keywords：steelbar；GCr15bearingsteel；smeltingbyconverter；secondaryrefining；cleanness随着科学技术的发展，轴承的使用环境不断扩展，对轴承的寿命、稳定性、可靠性等服役性能要求越来越高。轴承钢的洁净度是影响轴承服役性能的重要因素之一1。轴承钢洁净度主要指钢中氧含量高低以及夹杂物的形貌、尺寸和分布2，提高轴承钢服役性能需要将轴承钢中各种杂质含量降到最低程度，即提高轴承钢的钢质洁净度。钢的氧含量是作

6、为衡量钢质的重要指标，控制钢中氧含量与控制钢中夹杂物是密切相关的。GCr15是轴承钢的代表钢种，也是高碳高铬钢的代表，除钢质的洁净度外，钢坯的内部质量也是冶炼控制的王宁，工程师，2001年毕业于鞍山钢铁学院钢铁冶金专业，现从事炼钢工艺技术管理工作。难题。目前国内武钢、石钢、攀钢、邢钢、兴澄、本钢、淮钢等厂家开始采用转炉流程生产轴承钢。鞍钢股份有限公司炼钢总厂280mm×380mm大方坯铸机于2000年3月投产，通过进行质量控制，在2010年5月进行了GCr15轴承钢的工艺试制，并于2011年5月获得了轴承钢棒材全国生产许可证，其实物质量满足用户要求。1工艺流程对国内不同厂家GCr15

7、生产工艺流程进行了调研。根据炼钢总厂自身工艺特点，制定了鞍钢GCr15生产工艺流程。与国内其它厂家GCr15轴承钢生产工艺流程对比见表1。-50-鞍钢技术2012年第5期ANGANGTECHNOLOGY总第377期表1不同厂家GCr15轴承钢生产工艺流程鞍钢铁水预处理转炉钢水扒渣LFVD弱吹氩铸机（电脉冲）连轧钢坯缓冷2化学成分根据高碳铬轴承钢国家标准GB/T18254和用户需求，确定了GCr15轴承钢的控制标准，实际电炉LFVD弱吹氩铸机（电磁感应加热、兴澄特钢轻压下）GCr15轴承钢的化学成分见表2。由表2可以看出，生产试制的GCr15轴承钢化学成分与世界领先的SKF的轴承钢化学成分接近。

8、在全氧含量控制方面，虽然达到了国家标准和用户需要，但是与转炉LFRH弱吹氩铸机（电磁感应加热、轻压下）本钢淮钢电炉LFVD弱吹氩铸机转炉LFRH弱吹氩铸机（配有轻压下）转炉LFRH弱吹氩铸机SKF轴承钢的氧含量还是有一定的差距，需要进一步改善。%表2试制的GCr15轴承钢化学成分（质量分数）名称GCr15钢用户标准SKF成分名称GCr15钢用户标准3工艺参数控制GCr15轴承钢冶炼过程主要围绕稳定化学成分、降低钢中全氧含量、降低钢中夹杂物尺寸和数量、提高钢坯质量进行控制。具体工艺控制措施如下。由于GCr15钢中Cr含量达到1.50，为了避免转炉冶炼过程温降过大，采用转炉（85%）+LF（15%

9、）的原则进行调铬。使转炉出钢过程温降控制在钢中的大尺寸脆性夹杂物Ti(N,C)对GCr15轴承钢的疲劳性能影响较大，降低钢中有害元素（1）合理的废钢加入量转炉熔池温度过高或过低对炉渣熔化都不利，废钢加入量少则需要加入渣料平衡熔池温度，过多的渣料会影响化渣效果，降低脱磷效率；废钢加入量多，则渣料熔化速度慢，返干时间长。实际转炉冶炼过程废钢加入量控制在5%左右。（2）合理的渣料制度高碱度炉渣对脱P有利，但不是越高越好，过高的碱度会影响炉渣的粘度，降低磷在渣、钢之间的分配系数，由于高碱度炉渣需要加入大量的白灰，降低了成渣速度，影响去磷效果，冶炼的最佳炉渣碱度应控制在3.03.5之间，此时成渣速度和去

10、磷效果较好。控制加料批次对去磷至关重要，第一批料加入总渣料的70%80%，防止加料少碱度Ti、N含量，将大大降低Ti(N,C)的尺寸和数量。钢中Ti的主要来源是合金中的残余Ti，因此，在冶炼GCr15轴承钢过程中，采用含Ti量不大于0.01%的低Ti合金进行冶炼，以实现对钢中钛含量的控制。3.1.2铁水、废钢控制采用低Ti铁水、低P铁水进行冶炼，铁水脱S至0.005以下；采用自产低Ti废钢，保证原料纯净度。在钢包使用前进行2次以上的无Al无Ti钢种使用，翻净钢渣，保证罐体清洁。-51-王宁等：鞍钢GCr15轴承钢棒材生产工艺实践鞍钢技术2012年第5期总第377期不足，渣料多化渣速度慢的现象发

11、生。第一批料熔化12min钟后加入总渣料的10%15%，最后一批料在吹氧10min时加入。（3）供氧制度和枪位调整氧压过大，氧气流股之间会产生激波，影响了氧气流股的作用区域，对化渣、脱碳不利；氧压过低，其冲击深度不够，氧气的反射流增加，氧气的利用率降低，脱磷效果降低，实际供氧强度宜保持在3.2m3/(min·t)。稳定氧压后，调整枪位的目的就是顺利化渣、稳定脱碳、提高去磷效果。当炉渣返干提高枪位化渣时，氧气利用率降低。若炉渣返干没有及时发现，不进行提枪化渣，则没达到去磷效果。（4）碳温协调控制采用高拉碳一次点吹的方法，可将温度控制在15801610，碳控制在0.9%1.5%，此时去磷

12、效果较好。通过控制，使出钢温度在16401660、出钢碳含量在0.500%0.670%、钢中P含量在图1GCr15轴承钢氮含量控制钢中H含量控制主要指原材料干燥，合金烘烤而言，合金需要烘烤8h以上才能使用。提高VD保压期间氩气流量可提高VD脱氢效率。中间包要小火烘烤5h以上，方可进行正常自动烘烤生产；另外应控制钢材扣罩缓冷。钢中H含量变化趋势如图2所示。0.010%以下，为钢中的全氧控制和钢水精炼处理创造了良好的冶金条件。通过铁水脱硫扒渣，转炉炉后Al脱氧，LF、进LF前先扒渣，然后加铝造渣球脱氧，在精炼过程中根据需要一次性加Al粉再次脱氧，并调整Al成分。钢中适宜的Als含量既可降低钢中全氧

13、和氧化物夹杂数量，也能控制钢中Al2O3脆性夹杂数量，同时满足标准对B类夹杂的要求。钢中图2GCr15轴承钢氢含量控制GCr15轴承钢中全氧控制是提高钢质纯净度的关键，控制全氧含量主要从高碳出钢、转炉出钢后、扒除氧化性顶渣、LF炉高碱度渣、精炼一次性调铝、VD后弱氩气搅拌5个方面进行，最终钢中全氧含量可控制在0.0010%以下。由于转炉出钢过程采用Al脱氧后，钢中氧含量低，但氮含量偏高。因此，出钢时脱氧剂加入时机尽量偏后，减少出钢时增氮。LF炉处理过程中减少脱硫和调整充分时延长大氩气搅拌时间，保证冶炼过程中LF成分合格率。提高VD真空保压期间氩气流量，提高VD脱氮效果。采取控制机前保护浇注，使

14、用带台长水口，长水口氩气100%全开等措施后，钢中氮含量控制的较好，如图1所示。图1中LF1为LF入炉时氮含量；LF2为LF处理40min时氮含量；LF3为LF搬出时氮含量。LF精炼采用高碱度渣进行控制，碱度一般在4.504.97，控制渣中（FeO+MnO）含量小于1%，控制渣中（Al2O3）在15%20%。碱度为4.67时精炼渣化学成分见表3。表3精炼渣化学成分（质量分数）%-52-鞍钢技术2012年第5期ANGANGTECHNOLOGY总第377期（1）中包电脉冲孕育技术。生产GCr15钢中包采用电脉冲孕育技术与生产正常高碳钢中包未采用电脉冲技术铸坯质量对比见表4。表4中包采用电脉冲孕育技

15、术前后铸坯质量钢种中心疏松/级中心偏析/级缩孔/级角裂/级皮下裂纹/级中间裂纹/级中心裂纹/级皮下气泡非金属夹杂等轴晶率/%4732GCr15钢正常高碳钢0000000000由表4可见，等轴晶比率明显提高，较正常水平高15%。（2）低过热度控制技术。通过采用周转大罐、精炼过程弱搅拌、提高中间包烘烤温度等措施，将过热度控制在20以下，个别控制在1015，从而改善高碳钢铸坯中心偏析及缩孔。（3）缓冷技术。成品钢坯缓冷槽缓冷，入槽温度746，缓冷48h出槽。4成品检验GCr15钢成品低倍检验结果见表5。由表5可知，GCr15钢成品低倍等级达到用户标准要求。表5GCr15轴承钢成品低倍检验低倍检验一般

16、疏松中心疏松偏析在GCr15轴承钢轧制过程采用延长钢坯高温均热时间和轧后缓冷以及电脉冲孕育技术来减轻连铸过程形成的钢坯宏观偏析。初轧采用大压下量以保证轴承钢棒材的表面质量。（1）加热控制。加热总时间控制在4.5h，高温均热时间控制在1.5h，初轧温度控制在1120。（2）轧制参数。通过950轧机、三架连轧机组，终轧温度控制在970。级GCr15钢用户标准要求GCr15钢中典型形貌和成分见图3，成品夹杂物检验结果见表6。（a）夹杂物典型形貌（b）夹杂物成分图3GCr15钢中夹杂物典型形貌和成分表6GCr15钢成品夹杂物检验结果夹杂物检验由表6可知，所生产的GCr15钢成品的夹杂D粗A粗A细B粗B

17、细C粗C细D细物达到用户要求。钢中夹杂物主要以镁铝尖晶石和三氧化二铝为主，尺寸均小于10m。GCr15轴承钢成品其它项目检验结果见表7。-53-王宁等：鞍钢GCr15轴承钢棒材生产工艺实践表7GCr15轴承钢成品其它项目检验结果项目脱碳层/mm液析/级带状/级鞍钢技术2012年第5期总第377期0.0010%以下，满足用户要求。（2）精炼过程中控制顶渣成分和弱氩气搅拌技术，可使钢中夹杂物的尺寸控制到10m以下。（3）采用低过热度浇注、中间包电脉冲等控制技术，改善了钢坯的中心偏析和疏松。（4）控制铸坯加热时间、均热时间，调整初轧、终轧温度，最大限度地满足了轴承钢低倍组织的要求。GCr15钢用户标

18、准要求由表7可见，GCr15轴承钢其它检验结果也都满足用户要求。5结论鞍钢炼钢总厂对GCr15轴承钢进行了工艺实践，通过对炼钢、连铸、连轧各工序质量控制，保证了轴承钢产品质量达到用户要求。（1）GCr15轴承钢化学成分控制水平达到了国外同类产品的控制水平，钢中全氧含量达到参考文献1钟顺平，王昌生.轴承钢M.北京：冶金工业出版社，2000.2张立峰，王新华.洁净钢与夹杂物C/.第十三界全国炼钢学术会议论文集.昆明：中国金属学会，2004.（编辑李艳茹）修回日期：2012-07-04（上接第49页）精确命中上机钢水成分及温度、掌握好渣料加入时机及分批加入措施等可以降低电耗和电极消耗。同时，稳定操作、做好埋弧造渣、严防折断电极也可以降低电耗和电极消耗。此外，在冶炼过程中根据钢水起翻的实际情况调整氩气流量，也有利于提高升温效率、降低过程温降。0.6×（16.5313.52）×230+16×（0.26-0.22）×230=563万元精炼工序成本降低