GCr15轴承钢冶炼工艺分析和讨论
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(1) 为降低消耗 、提高产品质量和质量稳定 性及便于进行二次精炼 ,冶炼设备大型化 。
(2) 为降低钢中残余元素 ,对钢铁料进行精 选或采用高炉铁水为原料 。
(3) 为减少氧化渣的带入 ,采用无渣出钢技
术或真空除渣技术 。 (4) 采用以 RH 为主的真空脱气 ,进一步降低
钢中氧含量和氢 、氮含量 。 国内几家主要轴承钢生产厂 2001 年轴承钢
在非真空脱气的情况下 ,通过采用合理的钡 合金处理工艺 、增大电弧炉配碳量和渣料及合金 料的烘烤 、出钢过程的保护及配制高挥发性初渣 等措施 ,可生产 [ O ] < 10 ×10 - 6 、[ H ] < 4 ×10 - 6的 高质量轴承钢 。
4 转炉冶炼轴承钢的可行性及需要解决的配套 技术
从影响轴承钢质量的因素分析可知 ,钢中残 余元素对钢质量有很大的影响 。为降低钢中残余 元素 ,在电弧炉冶炼时通过废钢精选或增大生铁 和直接还原铁比例来稀释钢中残余元素含量 。在 转炉冶炼过程中铁水比例达到 80 %～90 % ,对降 低钢中残余元素十分有利 ,但是考虑到转炉冶炼 周期较短及下氧化渣等原因 ,仅靠 LF 很难将钢中 氧含量降到较低水平 。因此 ,日本轴承钢生产厂
Wang Zhongying
(Central Iron and Steel Institute , Beijing 100081)
Han Jianhuai
(Jiangsu Huaigang Co Ltd)
Wang Zhonghai
(Qinghai Boshi Metallurgical Technology Institute)
·34 ·
特殊钢
第 24 卷
表 1 国外典型高质量轴承钢生产工艺流程及其质量情 况
Table 1 Typical processes and quality status of overseas
bearing steel
生产厂
工艺流程
精炼效果/ ×10 - 6
山阳特钢 90t UHP. EBT. EF2LF2RH2CC T. [ O] :5. 4 ,Ti :14～45
对炼钢过程中氢含量变化的分析可知 ,在电 弧炉冶炼情况下 ,电弧炉出钢时钢水氢含量与脱 碳量明显相关 ,对不同脱碳量时的钢液氢含量和 氮含量进行检测得知 ,当脱碳量大于 018 %时 ,钢 液的氢含量可小于 2 ×10 - 6 ,氮含量可小于 25 × 10 - 6 ,但在随后的出钢过程中钢液增氮和氢 ,使进 入 LF 的第一个样的氢含量达到 (4～6) ×10 - 6 ,氮 含量达到 (50～60) ×10 - 6 ,在 LF 冶炼过程中钢中 的氢和氮维持不变或略有降低 ,为进一步降低钢 中的氢 、氮含量 ,一般进行 VD 处理 ,在处理效果 较好的情况下 ,可使钢中的氢小于 3 ×10 - 6 ,氮小 于 40 ×10 - 6 。
产量 、氧含量及主要工艺流程如表 2 所示 。 从表 1 和表 2 的比较可知 ,国外轴承钢的生
产均采用大电炉或转炉初炼提供低残余元素和低 磷的粗钢 ,再进行二次精炼和真空脱气工艺降低 钢中的气体含量 ,其中二次精炼设备以 LF 为主 , 真空处理设备以 RH 为主 。而国内轴承钢的生产 主要以小电炉和模铸生产为主 ,经过近几年的技 术改造 , 大部分厂初步具备了大电炉粗炼 ,LF (VD) 精炼和连铸条件 ,并已开始连铸轴承钢的生 产 。但国内轴承钢生产厂均为电炉初炼 ,无一家 采用转炉提供高质量的粗钢 ,以二次精炼而言 ,国
T. [ O] :12 T. [ O] :9 T. [ O] < 10
T. [ O] :10
和歌山 高波
转炉2RH2CC 转炉2CC
EF2ASEA2SKF2Ar EF2ASEA2SKF
T. [ O] :6 ,[ Ti ] :12 T. [ O] :10 ,[ Ti ] :22
T. [ O] :5 ,[ Ti ] :9 T. [ O] :9 ,[ Ti ] :20
爱知
80t EAF2VSC2LF2RH2CC
克虏伯 UHP. EF(110 t)2LF2RH2CC
T. [ O] :6. 3 ,[ Ti ] :8. 4 [ P] :63 ,[ S] :26
T. [ O] < 7 采用 RH 可使 [O]降低 26 %
蒂森
Klōckner SKF
BF2140t TBM2RH2IC(CC) 110t EAF2钢桶精炼 ,脱气2IC 转炉2LF2VD2WF2弱搅拌2CC SKF2MR2ASEA2SKF
锡钢
30t EAF240t LF2 VD2IC/ CC
180 ×220
78 255
14 399
9. 6
长城特钢
30t EAF240t VD2IC/ CC
LF2
200 ×200
莱芜特钢50t EAF260t LF2 VD2IC/ CC
-
大冶四炼 50t IC/
EAF260t CC
VHD2
350
×470
额定寿命/ L10 ×107 1. 1210 0. 6854
相对比较系数 1. 6355 1
中值寿命/ L50 ×107 2. 8922 2. 0292
相对比较系数 1. 4253 1
特征寿命/ N ×107 3. 4778 2. 5063
斜率α 1. 9876 1. 7356
3 非真空脱气及配套措施
NKK京滨 高 炉2铁 水 预 处 理2转 炉2真 空 T. [O] :7. 5 ,Ti :15
制铁所 除渣2钢桶精炼2RH2CC
大同知多 40t EAF2钢桶氧化气氛下喷粉
T. [ O] :5
厂
脱磷2除渣2LF2RH
[ S + P + O + N] < 80
神户制钢
高炉2铁水预处理2转炉 (BOF) 除渣2VAD2EMS2CC
内各厂几乎都采用 LF 精炼 , 并配备 VD 真空设 备 ,但从脱氮 、脱氢效果分析 ,VD 效果远不如 RH , 不但 VD 脱气效果差且运行成本较高 ,许多工厂 在实际生产中并未采用 VD 脱气 。
2 钡合金处理轴承钢的可行性及效果
通过各种夹杂物对轴承钢疲劳寿命影响的分 析可知 ,铝酸钙点状夹杂对疲劳寿命危害最大 ,为 防止点状夹杂的生成 ,对轴承钢冶炼规定严禁采 用钙合金处理 ,并要求钢中钙含量 ≤10 ×10 - 6 。 由于钡与钙同属碱土金属 ,所以有人认为采用钡 合金处理轴承钢 ,可能导致含钡的铝酸钙夹杂产 生 。对此颜根发[4]从形成铝尖晶石系氧化物的晶 体结构和元素配位数进行分析 ,认为钡的脱氧产
works in 2001
生产厂
工艺流程
连铸坯尺 轴承钢总 连铸坯 T. O/
寸/ mm 量/ t
量/ t ×10 - 6
上五三炼
100t EAF2120t VD2IC/ CC
LF2
220
×220
117 342
43 934
8. 6
兴澄滨江100t DCEAF2 115t LF2VD2CC
300 ×300 183 279 173 932 7. 1
Abstract The total oxygen content in bearing steel could be below 10 ×10 - 6 by non2vacuum LF refining with barium alloy treatment , and the fatigue life of bearing steel by barium alloy treatment is 63. 55 % higher than that by Al treatment , as the oxygen content in steel being 8 ×10 - 6 .
从冶炼过程钢中氢 、氮含量的变化可知 ,钢中 氢 、氮含量的增加主要是由于出钢过程中渣料 、合 金料水分及钢液吸气所造成 ,真空脱气的功能仅 仅是脱去了钢液出钢过程中增加的部分氢 、氮含 量 。因此 ,如果采取出钢保护措施和精炼渣的优 化 ,来控制出钢过程中增氢和增氮 ,就完全没有必 要再采用真空处理 ,这样在工艺上可省去真空脱 气工序 ,降低设备投资和操作费用 。
130 ×130
18 742 18 878 75 060
57 845 119 254 90 405 43 277 155 960 46 000
- 10. 2
-
-
5 886 9. 2[5 ]
12 388 11. 2
55 882 9. 1
-
10. 9
-
11. 8
-
11. 4
46 000 -
物不会与 Al2O3 形成高熔点的铝尖晶石 。而且 , 由于钡具有比铝更大的脱氧能力及较大的原子半 径 ,钡的脱氧产物可与铝 、硅脱氧产物生成最低熔 点为 1 122 ℃的低熔点夹杂 ,该夹杂极易上浮排 出 ,从而导致钢中氧含量迅速降低 。对轴承钢用 钡合金处理后的疲劳寿命对比试验结果如表 3 所 示[6] ,在氧含量为 8 ×10 - 6的情况下 ,钡合金处理 钢的额定疲劳寿命比铝处 理 钢 高 63155 %。因 此 ,钡合金可用做轴承钢精炼的高效脱氧和夹杂 物变性剂 。
轴承钢属白点敏感性钢 ,为降低钢中氢含量 和进一步降低氧和氮含量 ,要求对轴承钢进行真
空处理 。由于 RH 优异的脱气效果 ,国外一般采 用 RH 进行真空处理 ,并根据钢中碳含量和脱气 目的不同 ,采用 LF2RH 或 RH2LF 流程 ,一般在钢 中碳含量较低 ,以脱氧为主要目的时 ,采用 RH2LF
王重海
(青海博世冶金技术研究所)
摘 要 采用非真空钢包精炼及钡合金处理轴承钢工艺 ,可使轴承钢氧含量降到 10 ×10 - 6以下 ,在钢的 氧含量为 8 ×10 - 6时 ,钡合金处理钢的疲劳寿命比铝处理钢高 63155 %。
关键词 高碳铬轴承钢 钡合金 脱氧 转炉 电弧炉
An Analysis and Discussion on Steelmaking Process for GCr15 Bearing Steel
西宁三炼
60t EAF260t VD2IC/ CC
Baidu Nhomakorabea
LF2
235 ×265
抚顺特钢50t EAF260t LF2 VD2IC/ CC
280 ×320
北满特钢40t EAF240t LF2IC -
本钢特钢30t EAF240t LF2IC -
大连钢厂40t EAF240t LF2 VD2IC
郑州永通10t EAF220t LF2 CC
表 3 钡合金和铝处理轴承钢接触疲劳试验结果比较
Table 3 Comparison of fatigue life test results of bearing steel treated by barium alloy and aluminium
工艺流程 EAF2LF 钡合金处理 EAF2LFV 铝脱氧
第 24 卷第 1 期 2003 年 1 月
特殊钢
SPECIAL STEEL
Vol. 24. No. 1 January 2003 · 33 ·
GCr15 轴承钢冶炼工艺分析和讨论
王忠英 韩建淮
(钢铁研究总院 ,北京 100081) (江苏淮钢集团有限公司)
第1期
王忠英等 : GCr15 轴承钢冶炼工艺分析和讨论
·35 ·
流程 ,但为补偿 RH 脱气过程中的温降 ,要求高温 出钢 。而钢中碳含量较高时 ,采用 LF2RH 流程 。 在国内轴承钢生产过程中 ,一般采用 LF 或 LF2VD 精炼工艺 ,在 LF2VD 流程中 ,由于在 LF 已进行了 沉淀脱氧 ,VD 的主要任务在于脱氮和氢 。
表 2 国内几家特钢企业主要工艺流程及 2001 年高碳铬 轴承钢产量及质量
Table 2 Main processes , output and oxygen content of high
carbon chromium bearing steel at several home special steel
Material Index High Carbon Chromium Bearing Steel , Barium Alloy , Deoxidation , Converter , EAF
1 国内外轴承钢生产工艺及质量分析
从影响轴承钢质量的因素分析可知[1 ,2] ,高 质量轴承钢要求高洁净度 ,即低的残余元素 、气体 含量和夹杂物总量 ,残余夹杂物以细小 、均匀 、弥 散的塑性夹杂物分布 ;均匀的化学成分和碳化物 组织 。为满足这些要求 ,对钢的冶炼和连铸设备 和工艺提出了更高的要求 。表 1 为国外部分高质 量轴承钢生产的工艺流程和钢质量情况[3] ,其中 冶炼设备和工艺的主要特点为 :
(2) 为降低钢中残余元素 ,对钢铁料进行精 选或采用高炉铁水为原料 。
(3) 为减少氧化渣的带入 ,采用无渣出钢技
术或真空除渣技术 。 (4) 采用以 RH 为主的真空脱气 ,进一步降低
钢中氧含量和氢 、氮含量 。 国内几家主要轴承钢生产厂 2001 年轴承钢
在非真空脱气的情况下 ,通过采用合理的钡 合金处理工艺 、增大电弧炉配碳量和渣料及合金 料的烘烤 、出钢过程的保护及配制高挥发性初渣 等措施 ,可生产 [ O ] < 10 ×10 - 6 、[ H ] < 4 ×10 - 6的 高质量轴承钢 。
4 转炉冶炼轴承钢的可行性及需要解决的配套 技术
从影响轴承钢质量的因素分析可知 ,钢中残 余元素对钢质量有很大的影响 。为降低钢中残余 元素 ,在电弧炉冶炼时通过废钢精选或增大生铁 和直接还原铁比例来稀释钢中残余元素含量 。在 转炉冶炼过程中铁水比例达到 80 %～90 % ,对降 低钢中残余元素十分有利 ,但是考虑到转炉冶炼 周期较短及下氧化渣等原因 ,仅靠 LF 很难将钢中 氧含量降到较低水平 。因此 ,日本轴承钢生产厂
Wang Zhongying
(Central Iron and Steel Institute , Beijing 100081)
Han Jianhuai
(Jiangsu Huaigang Co Ltd)
Wang Zhonghai
(Qinghai Boshi Metallurgical Technology Institute)
·34 ·
特殊钢
第 24 卷
表 1 国外典型高质量轴承钢生产工艺流程及其质量情 况
Table 1 Typical processes and quality status of overseas
bearing steel
生产厂
工艺流程
精炼效果/ ×10 - 6
山阳特钢 90t UHP. EBT. EF2LF2RH2CC T. [ O] :5. 4 ,Ti :14～45
对炼钢过程中氢含量变化的分析可知 ,在电 弧炉冶炼情况下 ,电弧炉出钢时钢水氢含量与脱 碳量明显相关 ,对不同脱碳量时的钢液氢含量和 氮含量进行检测得知 ,当脱碳量大于 018 %时 ,钢 液的氢含量可小于 2 ×10 - 6 ,氮含量可小于 25 × 10 - 6 ,但在随后的出钢过程中钢液增氮和氢 ,使进 入 LF 的第一个样的氢含量达到 (4～6) ×10 - 6 ,氮 含量达到 (50～60) ×10 - 6 ,在 LF 冶炼过程中钢中 的氢和氮维持不变或略有降低 ,为进一步降低钢 中的氢 、氮含量 ,一般进行 VD 处理 ,在处理效果 较好的情况下 ,可使钢中的氢小于 3 ×10 - 6 ,氮小 于 40 ×10 - 6 。
产量 、氧含量及主要工艺流程如表 2 所示 。 从表 1 和表 2 的比较可知 ,国外轴承钢的生
产均采用大电炉或转炉初炼提供低残余元素和低 磷的粗钢 ,再进行二次精炼和真空脱气工艺降低 钢中的气体含量 ,其中二次精炼设备以 LF 为主 , 真空处理设备以 RH 为主 。而国内轴承钢的生产 主要以小电炉和模铸生产为主 ,经过近几年的技 术改造 , 大部分厂初步具备了大电炉粗炼 ,LF (VD) 精炼和连铸条件 ,并已开始连铸轴承钢的生 产 。但国内轴承钢生产厂均为电炉初炼 ,无一家 采用转炉提供高质量的粗钢 ,以二次精炼而言 ,国
T. [ O] :12 T. [ O] :9 T. [ O] < 10
T. [ O] :10
和歌山 高波
转炉2RH2CC 转炉2CC
EF2ASEA2SKF2Ar EF2ASEA2SKF
T. [ O] :6 ,[ Ti ] :12 T. [ O] :10 ,[ Ti ] :22
T. [ O] :5 ,[ Ti ] :9 T. [ O] :9 ,[ Ti ] :20
爱知
80t EAF2VSC2LF2RH2CC
克虏伯 UHP. EF(110 t)2LF2RH2CC
T. [ O] :6. 3 ,[ Ti ] :8. 4 [ P] :63 ,[ S] :26
T. [ O] < 7 采用 RH 可使 [O]降低 26 %
蒂森
Klōckner SKF
BF2140t TBM2RH2IC(CC) 110t EAF2钢桶精炼 ,脱气2IC 转炉2LF2VD2WF2弱搅拌2CC SKF2MR2ASEA2SKF
锡钢
30t EAF240t LF2 VD2IC/ CC
180 ×220
78 255
14 399
9. 6
长城特钢
30t EAF240t VD2IC/ CC
LF2
200 ×200
莱芜特钢50t EAF260t LF2 VD2IC/ CC
-
大冶四炼 50t IC/
EAF260t CC
VHD2
350
×470
额定寿命/ L10 ×107 1. 1210 0. 6854
相对比较系数 1. 6355 1
中值寿命/ L50 ×107 2. 8922 2. 0292
相对比较系数 1. 4253 1
特征寿命/ N ×107 3. 4778 2. 5063
斜率α 1. 9876 1. 7356
3 非真空脱气及配套措施
NKK京滨 高 炉2铁 水 预 处 理2转 炉2真 空 T. [O] :7. 5 ,Ti :15
制铁所 除渣2钢桶精炼2RH2CC
大同知多 40t EAF2钢桶氧化气氛下喷粉
T. [ O] :5
厂
脱磷2除渣2LF2RH
[ S + P + O + N] < 80
神户制钢
高炉2铁水预处理2转炉 (BOF) 除渣2VAD2EMS2CC
内各厂几乎都采用 LF 精炼 , 并配备 VD 真空设 备 ,但从脱氮 、脱氢效果分析 ,VD 效果远不如 RH , 不但 VD 脱气效果差且运行成本较高 ,许多工厂 在实际生产中并未采用 VD 脱气 。
2 钡合金处理轴承钢的可行性及效果
通过各种夹杂物对轴承钢疲劳寿命影响的分 析可知 ,铝酸钙点状夹杂对疲劳寿命危害最大 ,为 防止点状夹杂的生成 ,对轴承钢冶炼规定严禁采 用钙合金处理 ,并要求钢中钙含量 ≤10 ×10 - 6 。 由于钡与钙同属碱土金属 ,所以有人认为采用钡 合金处理轴承钢 ,可能导致含钡的铝酸钙夹杂产 生 。对此颜根发[4]从形成铝尖晶石系氧化物的晶 体结构和元素配位数进行分析 ,认为钡的脱氧产
works in 2001
生产厂
工艺流程
连铸坯尺 轴承钢总 连铸坯 T. O/
寸/ mm 量/ t
量/ t ×10 - 6
上五三炼
100t EAF2120t VD2IC/ CC
LF2
220
×220
117 342
43 934
8. 6
兴澄滨江100t DCEAF2 115t LF2VD2CC
300 ×300 183 279 173 932 7. 1
Abstract The total oxygen content in bearing steel could be below 10 ×10 - 6 by non2vacuum LF refining with barium alloy treatment , and the fatigue life of bearing steel by barium alloy treatment is 63. 55 % higher than that by Al treatment , as the oxygen content in steel being 8 ×10 - 6 .
从冶炼过程钢中氢 、氮含量的变化可知 ,钢中 氢 、氮含量的增加主要是由于出钢过程中渣料 、合 金料水分及钢液吸气所造成 ,真空脱气的功能仅 仅是脱去了钢液出钢过程中增加的部分氢 、氮含 量 。因此 ,如果采取出钢保护措施和精炼渣的优 化 ,来控制出钢过程中增氢和增氮 ,就完全没有必 要再采用真空处理 ,这样在工艺上可省去真空脱 气工序 ,降低设备投资和操作费用 。
130 ×130
18 742 18 878 75 060
57 845 119 254 90 405 43 277 155 960 46 000
- 10. 2
-
-
5 886 9. 2[5 ]
12 388 11. 2
55 882 9. 1
-
10. 9
-
11. 8
-
11. 4
46 000 -
物不会与 Al2O3 形成高熔点的铝尖晶石 。而且 , 由于钡具有比铝更大的脱氧能力及较大的原子半 径 ,钡的脱氧产物可与铝 、硅脱氧产物生成最低熔 点为 1 122 ℃的低熔点夹杂 ,该夹杂极易上浮排 出 ,从而导致钢中氧含量迅速降低 。对轴承钢用 钡合金处理后的疲劳寿命对比试验结果如表 3 所 示[6] ,在氧含量为 8 ×10 - 6的情况下 ,钡合金处理 钢的额定疲劳寿命比铝处 理 钢 高 63155 %。因 此 ,钡合金可用做轴承钢精炼的高效脱氧和夹杂 物变性剂 。
轴承钢属白点敏感性钢 ,为降低钢中氢含量 和进一步降低氧和氮含量 ,要求对轴承钢进行真
空处理 。由于 RH 优异的脱气效果 ,国外一般采 用 RH 进行真空处理 ,并根据钢中碳含量和脱气 目的不同 ,采用 LF2RH 或 RH2LF 流程 ,一般在钢 中碳含量较低 ,以脱氧为主要目的时 ,采用 RH2LF
王重海
(青海博世冶金技术研究所)
摘 要 采用非真空钢包精炼及钡合金处理轴承钢工艺 ,可使轴承钢氧含量降到 10 ×10 - 6以下 ,在钢的 氧含量为 8 ×10 - 6时 ,钡合金处理钢的疲劳寿命比铝处理钢高 63155 %。
关键词 高碳铬轴承钢 钡合金 脱氧 转炉 电弧炉
An Analysis and Discussion on Steelmaking Process for GCr15 Bearing Steel
西宁三炼
60t EAF260t VD2IC/ CC
Baidu Nhomakorabea
LF2
235 ×265
抚顺特钢50t EAF260t LF2 VD2IC/ CC
280 ×320
北满特钢40t EAF240t LF2IC -
本钢特钢30t EAF240t LF2IC -
大连钢厂40t EAF240t LF2 VD2IC
郑州永通10t EAF220t LF2 CC
表 3 钡合金和铝处理轴承钢接触疲劳试验结果比较
Table 3 Comparison of fatigue life test results of bearing steel treated by barium alloy and aluminium
工艺流程 EAF2LF 钡合金处理 EAF2LFV 铝脱氧
第 24 卷第 1 期 2003 年 1 月
特殊钢
SPECIAL STEEL
Vol. 24. No. 1 January 2003 · 33 ·
GCr15 轴承钢冶炼工艺分析和讨论
王忠英 韩建淮
(钢铁研究总院 ,北京 100081) (江苏淮钢集团有限公司)
第1期
王忠英等 : GCr15 轴承钢冶炼工艺分析和讨论
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流程 ,但为补偿 RH 脱气过程中的温降 ,要求高温 出钢 。而钢中碳含量较高时 ,采用 LF2RH 流程 。 在国内轴承钢生产过程中 ,一般采用 LF 或 LF2VD 精炼工艺 ,在 LF2VD 流程中 ,由于在 LF 已进行了 沉淀脱氧 ,VD 的主要任务在于脱氮和氢 。
表 2 国内几家特钢企业主要工艺流程及 2001 年高碳铬 轴承钢产量及质量
Table 2 Main processes , output and oxygen content of high
carbon chromium bearing steel at several home special steel
Material Index High Carbon Chromium Bearing Steel , Barium Alloy , Deoxidation , Converter , EAF
1 国内外轴承钢生产工艺及质量分析
从影响轴承钢质量的因素分析可知[1 ,2] ,高 质量轴承钢要求高洁净度 ,即低的残余元素 、气体 含量和夹杂物总量 ,残余夹杂物以细小 、均匀 、弥 散的塑性夹杂物分布 ;均匀的化学成分和碳化物 组织 。为满足这些要求 ,对钢的冶炼和连铸设备 和工艺提出了更高的要求 。表 1 为国外部分高质 量轴承钢生产的工艺流程和钢质量情况[3] ,其中 冶炼设备和工艺的主要特点为 :