轴承钢冶炼与连铸技术
轴承钢连铸工艺流程
轴承钢连铸工艺流程
内容:
轴承钢连铸工艺流程主要包括以下几个步骤:
1. 原料预处理
将钢锭、废钢进行切割、去除表面氧化皮和杂质,然后进行预热,以便于后续的熔炼。
2. 熔炼
将预处理后的钢料和炉料放入电弧炉或感应炉中,加热至熔融状态,并进行合金化添加。
控制好温度、时间,使钢液的成分达到要求。
3. 二次精炼
用底吹氧或氩气进行精炼,去除钢液中的气、硫、磷等有害气体和杂质,调整钢液成分,使其达到连铸要求。
4. 连续浇注
将精炼后的钢液从浇注口连续浇入水冷铜模内,使钢液在铜模内连续凝固,形成钢坯。
控制好浇注速度、温度等参数。
5. 钢坯热处理
对连铸后的钢坯进行正常化、退火等热处理,调整组织,消除内应力。
6. 切断、标记
将连铸的钢坯切割成定长,进行标记,作为后续加工的原材料。
通过上述工艺流程,可以获得性能优良的轴承钢坯,为后续加工提供优质的原材料,以生产高品质的轴承钢产品。
首钢80tLD-LF-VD-CC生产GCr15轴承钢的工艺实践
1）首钢第三炼钢厂在国内率先采用80tLD冶炼－LF精炼-VD脱气－CC工艺流程生产GCr15轴承钢，生产顺行，质量稳定，去年7月经国家质量监督检验检疫总局的审查，获得了《全国工业产品生产许可证》。
2）经过对转炉、精炼、连铸工艺的不断优化，钢水的纯净度不断提高，GCr15轴承钢的[O]含量从04年平均为13ppm降至目前平均为8.7ppm的好水平；得到了低倍组织良好、高纯净度、C偏析小的连铸坯，棒材质量完全符合GB/T18254-2002和用户要求，月产量已达1万吨。
0.20～0.30
0.30～0.40
≤0.012
≤0.010
1.45～1.55
≤10
≤2
2连铸坯质量与轧材分析
2.1连铸坯低倍组织
根据连铸坯低倍检验结果，铸坯低倍组织均匀细致，表面质量良好，取200mm×200mm铸坯进行酸浸横向低倍检验（N=165），结果为：中心偏析0级，缩孔0～2.0级，中心疏松0～1.0级，角部裂纹0～0.5级，而非金属夹杂物、皮下裂纹、中心裂纹、中间裂纹均为0级。
铸坯定尺长度/m
8.4～10.8
冶金长度/m
21
出坯温度/℃
700
矫直方式
连续矫直
二冷冷却方式(水、雾)
自动配水，气雾冷却
M-EMS
有
铸流保护
有
连铸机平均作业率/%
80
连铸机连浇炉数
15～28
平均浇铸时间/min
36～55
生产能力/万t·a-1
75
1.5 GCr15轴承钢成分要求
按GB/T18254-2002标准生产GCr15的钢材化学成分范围宽、偏析大、表面有划痕，甚至有裂纹，难以满足轴承钢的高质量要求。为确保钢材高纯净度、表面质量、碳化物偏析、成分偏差
轴承钢的生产与工艺技术
日本小仓钢厂连铸轴承钢的残余元素的控制
元素
含量
P
S
Cu
Ni
Ti
炉 数 143
143
143
平均值 /% 0.0084 0.0049 0.013
标准偏差 0.0015 0.0009 0.005
143 0.013 0.002
143 0.011 0.0003
13
A12O3夹杂、点状不变形夹杂及含钛的碳氮化物夹杂对轴 承的疲劳失效影响最为严重。
为减少氧化渣的带入，采用无渣出钢技术或真空 除渣技术。
采用以RH 为主的真空脱气炉外精炼装置，进一步 降低钢中氧、氢和氮含量。
29
国外的生产特点
1）规模大：提高生产率，降低成本 2）除渣：采用EBT、真空吸渣和换钢包除 渣等技术，将氧
化渣彻底排除 3）铝脱氧:精炼前用铝沉淀脱氧 4）长时间搅拌：促使夹杂物上浮 5）高碱度渣精炼：碱度控制4~6 6）连铸：由于轴承钢的碳含量高，生产的铸坯容易产生偏
高15倍，T[O]≤5ppm时寿命则可提高30倍。 国外平均已控制在8ppm左右，山阳特殊钢公司已降到
5.4ppm，最低降到3-4ppm，瑞典SKF一般为5-8ppm。 国内10ppm左右,兴澄特钢5~7ppm.
10
氮的存在易使钢中形成氮化钛，一般控制 在50ppm以下。
氢为间隙元素，对轴承钢有害无益，在压 力加工应力条件下，会产生白点缺陷，且 分布极不均匀。OVAKO公司实物中[H]均控 制在≤1ppm。
世界各国的冶金工作者长期以来，从纯净度出发，主要从 事两方面的工作，一是减少钢中夹杂物的含量，二是控制 夹杂物的成分、尺寸、分布，即改善夹杂物的性质和形态。
减少夹杂物的数量，主要是降低钢中的氧含量，其手段是 炉外精炼；改善夹杂物的性质和形态则主要依赖于精炼渣 的化学成分。
炼钢连铸工艺流程的介绍
连铸工艺流程介绍将高温钢水浇注到一个个的钢锭模内，而是将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷带有“活底”(叫引锭头)的铜模内(叫结晶器)，钢水很快与“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从铜模的下端拉出“活底”，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。
带有液芯的铸坯，一边走一边凝固，直到完全凝固。
待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯。
这种把高温钢水直接浇注成钢坯的新工艺，就叫连续铸钢。
【导读】：转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。
连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。
本专题将详细介绍转炉（以及电炉）炼钢生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。
由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。
连铸的目的: 将钢水铸造成钢坯。
将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。
结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。
拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。
连铸钢水的准备一、连铸钢水的温度要求：钢水温度过高的危害：①出结晶器坯壳薄，容易漏钢；②耐火材料侵蚀加快，易导致铸流失控，降低浇铸安全性；③增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；④铸坯柱状晶发达；⑤中心偏析加重，易产生中心线裂纹。
钢水温度过低的危害：①容易发生水口堵塞，浇铸中断；②连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；③非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。
二、钢水在钢包中的温度控制：根据冶炼钢种严格控制出钢温度，使其在较窄的范围内变化；其次，要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。
轴承钢的生产与发展
引入人工智能、大数据等先进技术，实现轴承钢生产过程的自动化 、智能化，提高生产效率和产品质量。
高性能轴承钢研发
针对高端装备领域的需求，研发具有更高强度、耐磨性、耐腐蚀性 等综合性能的新型轴承钢。
04
轴承钢的市场现状与前景
全球轴承钢市场规模与分布
规模庞大
全球轴承钢市场规模已经达到数十亿 美元，显示出这一领域的重要性和活 跃度。
通过改进热处理工艺，如控制淬火 和回火的温度和时间，轴承钢的力 学性能和尺寸稳定性得到了提升。
轴承钢的现代化生产阶段
01
先进的生产技术
现代化生产阶段采用了如电炉炼钢、连铸连轧等先进生产技术，显著提
高了轴承钢的生产效率和产品质量。
02
多元化的产品系列
随着轴承应用领域的不断拓展，轴承钢的产品系列也日益多元化，包括
高效连铸技术
通过优化连铸机的设计和 工艺参数，提高连铸坯的 拉速和质量，降低生产成 本。
控轧控冷技术
在热轧过程中，采用控轧 控冷技术可以精确控制钢 材的组织和性能，提高轴 承钢的使用寿命。
轴承钢生产的未来技术趋势
绿色环保生产技术
随着环保要求的提高，轴承钢生产将更加注重节能减排和废弃物 回收利用，实现绿色生产。
智能制造与数字化转型
在工业互联网、大数据等技术的推动下，轴承钢企业将加 快智能制造和数字化转型步伐，提高生产效率和产品质量 ，增强企业竞争力。
跨界合作与创新
面对新技术、新市场的挑战，轴承钢企业将积极寻求与其 他产业、科研机构的跨界合作与创新，共同推动轴承钢产 业的技术进步和市场拓展。
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环保要求提高
随着全球环保意识的提高，轴承钢的环保要求也将越来越高，推动轴 承钢产业向环保和可持续发展的方向转型。
“钢中之王”——轴承钢生产难点解析
“钢中之王”——轴承钢生产难点解析作为钢铁生产业中要求最为严格的钢种，轴承钢又被称为“钢中之王”，而如何锻造出“高纯净度”和“高均匀性”的轴承钢，将钢中含氧量控制在最低，一直是我国钢铁企业面临的难题。
西北工业大学材料学院刘东教授和其团队研发的强力旋轧技术（PTR），打破国外巨头技术垄断，突破我国轴承钢“卡脖子”技术，破解行业难题。
1解决轴承钢碳化物含量？“揉面撒盐”了解下~轴承钢的质量如何提升？一是内部足够纯净，夹杂物质越少越好；二是足够均匀，材料内的颗粒物尽量细小、弥散。
刘东教授介绍，'令人遗憾的是，一直以来，我国所生产的轴承钢质量与国际先进水平有较大差距。
以夹杂物为例，国外产品夹杂物尺寸完全小于等于10μm，而国内最大粒径达到50~52μm，大小相差五倍之多。
”夹杂物与轴承疲劳寿命的关系经过我们国家几十年的努力，氧含量、夹杂物、偏析等技术问题已经得到有效解决。
行业中最后一个老大难——碳化物，被刘东教授团队攻克。
轴承钢属于高碳钢，其含碳量在所有钢中比较高。
如果碳化物分布不均匀且呈大块状，就会严重影响质量。
刘东教授解释说“就像揉面的时候撒了一把盐，要是面没有揉碎揉匀，那么面里就都是又咸又硬的疙瘩。
”“让盐更细小均匀的分布在面里”就是刘东教授和团队追求的目标。
目前，通过PTR技术改性后的轴承钢已在多个项目中得到运用。
实验室数据显示，运用强力旋轧（PTR）技术，晶粒尺寸由原来的50μm细化至10μm，碳化物尺寸仅为原先的1/10。
首次将100年来，一直徘徊在600~700HV的GCr15轴承钢硬度提高至900HV以上，处于世界顶尖水平。
除此以外，采用该技术后轴承寿命和可靠性得到大幅度提高，平均寿命达到计算寿命的26倍，可靠性达99.9%。
但是，在轴承钢领域，如何缩短与国外技术的差距，我们还有很长的路要走。
2铁姆肯如何提高纯度轴承钢的核心问题是提高纯净度，首先要做的就是控制钢中的氧含量，炼钢中用ppm（每百万分之一）来作为氧含量的单位，一般来说8个ppm的钢就属于好钢，而高端轴承所需要的则是5个ppm的顶级钢。
精炼-连铸主要设备介绍
主要设备构成：LF炉主要由钢包炉体、钢 LF炉主要由钢包炉体、钢
包车（分单工位和双工位）电极加热 系统、吹氩搅拌系统、合金加料系统以 及测温取样系统、高压室、操作室、液 压站（实现电极、炉盖的升降）等部分 组成。
LF炉主要冶金功能及精炼手段 LF炉主要冶金功能及精炼手段 LF炉具有的主要冶金功能有： LF炉具有的主要冶金功能有 炉具有的主要冶金功能有： 钢水升温、 钢水升温、调温及保温功能 强化脱氧、脱硫功能 强化脱氧、 合金微调功能 采用的精炼手段有： 采用的精炼手段有： 吹氩搅拌 埋弧加热 造强还原气氛 造碱性合成渣
三、各种精炼设备介绍： （一）吹氩：分为底吹、顶吹两种方式。
（二）喷粉及喂丝
合金的喂入与喷粉工艺示意图
（三）LF炉 （三）LF炉 钢包处理型处理钢水过程中，因钢水的温降而使 渣及合金成分的调整以及处理时间等都受到限制。 如果用提高初炼炉出钢温度的办法保证渣熔化及 足够的精炼时间，势必加重初炼炉的负担，降低 炉衬寿命，命中率也比较低，不具备工业性连续 生产的条件。 1971年，日本特殊钢公司开发的Ladle Furnace， 1971年，日本特殊钢公司开发的Ladle Furnace， 简称“LF” 简称“LF”、“LF炉”、“LF钢包炉”、“LF钢 LF炉 LF钢包炉” LF钢 包精炼炉” 包精炼炉”、 “钢包炉”、“钢包精炼炉”等。 钢包炉” 钢包精炼炉” 该炉采用碱性合成渣，埋弧加热，吹氩搅拌，在 还原气氛下精炼，钢包炉的原理图见图
6、中间罐预热站及水口烘烤 功能及结构： 中间罐预热站，用浇注平台上，对砌筑好内衬并 经烘烤干燥的中间罐进一步加热升温，使其在大 约90min左右升温至~1100摄氏度。有利于浇注 90min左右升温至~1100摄氏度。有利于浇注 时减少钢水温度损失和提高铸坯质量。 中间罐预热站由支架、电动推杆、助燃风机、蝶 阀、燃气管及烧嘴等主要部件组成。 浸入式水口预热装置放在浇注平台上，每个人中 间罐预热位中间罐底部，采用中间罐预热废气预 热。
技术探讨我国轴承钢管的发展现状及生产工艺
技术探讨我国轴承钢管的发展现状及⽣产⼯艺冯志坚8⽉初，海关总署发布数据显⽰，6⽉份，我国出⼝轴承44708万套，出⼝⾦额达到195064万元，同⽐分别增长5.0%和4.2%；上半年累计出⼝255963万套，出⼝⾦额达到110.6亿元，同⽐分别增长0.9%和2.0%。
其中，轴承钢管作为轴承套圈的原材料，在我国轴承⼯业发展过程中起到了重要作⽤。
⽬前，中国已是装备制造⼤国，但实现“强”还有⼀定距离，其原因之⼀，是装备的轴承性能影响了整机的关键性能。
轴承钢是⽤于设备轴承制造的⼀种重要基础钢种，在众多品种的钢铁产品中被称为“钢中之王”，⼴泛应⽤于运输机械（汽车、⾼速列车等）、⼯程机械、冶⾦、⽯油化⼯、发电、航空航天、军⼯、风电和海洋⼯程等领域。
轴承钢的质量优劣，直接决定了重⼤装备和精密装备轴承的好坏。
轴承钢应具有长寿命、⾼精度、⾼刚度和⾼耐磨性等性能。
同时，轴承钢也是检验项⽬多、质量要求严、⽣产难度⼤的钢种之⼀。
作为“钢中之王”家族成员，轴承钢管是轴承钢⼆⽕成材产品。
作为轴承套圈⽤钢，其⽣产有其特殊性和严格要求。
由于我国整体冶炼⽔平限制和⽣产企业⾃⾝存在的问题，以及轴承套圈加⼯技术的发展现状，我国轴承钢管在质量、⽣产成本、材料利⽤率等⽅⾯的优势并不明显，其发展空间受到挤压。
⽬前，我国轴承钢管⽣产存在哪些问题？我国轴承钢管的⽣产⼯艺现状如何？轴承钢管今后的发展思路是什么？这些都是需要探讨的问题。
轴承钢管整体现状有待改变⽬前，我国国内轴承钢管产量仅占轴承钢总产量的8%，与发达国家占⽐20%~30%相⽐，仍有很⼤差距。
在轴承钢管品质⽅⾯，国内产品也存在品质稳定性差、疲劳寿命短、洁净度低等问题。
我国轴承钢管的应⽤，⼀般局限于普通轴承的轴承套圈⽤料，⾼端轴承套圈仍依赖进⼝。
1品种结构不合理，坯料供给⽭盾突出我国很多钢铁企业均存在钢材品种“全⽽不专”的⽣产现状。
⼀些企业的产品品种覆盖板、管、型、材和特殊钢材，普通钢材同质化问题严重，低端竞争呈现⽩热化。
16Mn全连铸技术操作规程
16Mn全连铸技术操作规程(试行)
１.工艺流程：转炉→吹氩→连铸→精整
2.原料
2.1.技术要求.
2．1．1．铁水［S］≤0.050%；［P］≤0.100%
2．1．2．准备硅锰合金、硅铁、硅铝钡钙、碳粉、SiC、硅钙线，要求合金干燥、干净，不得混料。
2．1．3．炼钢时向炉前合金工提供准确的合金成分和所要求的数量。
3.转炉冶炼：
注：正常情况下，SiCa线可不加，当钢水过氧化和下渣量大时可适量加入。
3.5.技术要求
3.5.1.必须按内控组织生产。
3.5.2.铁水Si＞1.0%必须双渣。
3.5.3.铁水、废钢配比以终点温度符合出钢要求进行合理调整。
3.5.
4.吹炼900秒倒炉测温，实施高拉补吹操作。
3.5.5出钢时采用全程底吹氩。
3.5.5.合金成分不同时必须进行重新折算，必须考虑硅锰合金增硅。
3.5.6.出完钢大罐底吹氩时间大于3分钟。
节奏、温度允许时，可实施微调成分操作。
4..过程温度（℃）
注：若出现4流浇钢，平台温度下限提高10℃；3流浇钢平台温度下限提高25℃。
钢包桶底小于2吨或小修、全修罐过程温度下限提高10℃。
*：责任判定以平台温度为依据。
5.连铸：
.连铸操作：
6.出坯
6.1.铸坯经一次切割后吊运到坯场码放，并及时标明炉号。
6.2.连铸坯验收按公司规定执行。
7.其它
以上未提之处按《工艺技术操作规程》工艺部分及《全连铸生产管理制度》中的有关规定执行。
钢种成分变化时，以合同要求为准。
炼钢及连铸技术培训
炼钢连铸区域培训大纲1. 工艺部分. 工程概况和工艺布置概况产品大纲生产工艺布置生产工艺路线不锈钢冶炼基本工艺路线特钢冶炼基本工艺路线分钢种工艺路线. 电炉（EAF）电炉的主要作用及冶炼原理碳氧喷枪及泡沫渣工艺炉底喷吹工艺脱磷工艺原理电炉主要配置和基本参数电炉主要配置电弧炉基本技术参数电炉砌筑及耐材要求配料计算料篮主要尺寸配料计算不锈钢配料碳钢/不锈钢配料特钢冶炼工艺基本操作要点特钢冶炼工艺基本操作流程冶炼准备与进料熔化冶炼出钢不锈钢冶炼工艺基本操作要点不锈钢冶炼工艺基本操作流程准备与进料熔化冶炼出钢. 钢包精炼炉（LF）的主要作用及冶炼原理LF炉主要作用脱硫工艺原理钢包基本配置及技术参数工艺基本操作规程LF生产检查及准备；加热升温；造渣测温取样，调整钢液成份温度控制要求喂丝处理要求. 氩氧脱碳转炉（AOD）的发展简介和作用的配置和技术参数操作原料钢水的要求脱碳过程还原过程合金元素加入的计算方法设备的基本组成及耐材种类炉壳外形尺寸：AOD用料情况及材质要求. 真空脱碳（气）炉（VOD/VD）发展简介和作用VD/VOD的配置和技术参数操作VD操作要点VOD操作要点VOD中钢水的初始条件和主要化学成分。
VOD钢包和设备耐材用料情况及材质要求：. 连铸工艺连铸工艺介绍连铸的主要设备连续凝固的基础理论连铸坯的凝固冷却过程结晶器内坯壳的形成电磁搅拌的基本原理和功能：生产准备的各项操作：中间包的砌筑与烘烤中间包准备结晶器和二冷活动段更换操作方法结晶器保护渣的准备不锈钢连铸生产的准备连铸生产操作各钢种的交接温度、浇注控制温度保护浇注的各项操作连铸生产事故的处理方法：不锈钢的连铸生产操作铸坯的出坯路线，冷却制度，质量检验与铸坯修磨出坯路线和冷却制度. 质量检验与铸坯修磨2. 设备部分. EAF主体设备概述辅助设备概述：了解EAF工艺熟知EAF设备主要技术性能参数掌握EAF设备各部件的功能及参数掌握EAF液压系统原理图及液压单元性能参数掌握EAF冷却水系统和压缩空气系统原理图功能参数掌握EAF设备安全技术操作规程掌握EAF设备的维护与检修规程掌握EAF设备在结构形式和传动方式上的特点，掌握主要部件的特性和检修维护的要点﹑点检润滑的周期和方法。
炼钢连铸工艺流程介绍
连铸工艺流程介绍将高温钢水浇注到一个个的钢锭模内，而是将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷带有“活底"(叫引锭头)的铜模内(叫结晶器),钢水很快与“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后,就从铜模的下端拉出“活底"，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却.带有液芯的铸坯，一边走一边凝固,直到完全凝固.待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯。
这种把高温钢水直接浇注成钢坯的新工艺，就叫连续铸钢。
【导读】：转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。
连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。
本专题将详细介绍转炉(以及电炉）炼钢生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。
由于时间的仓促和编辑水平有限,专题中难免出现遗漏或错误的地方,欢迎大家补充指正.连铸的目的: 将钢水铸造成钢坯。
将装有精炼好钢水的钢包运至回转台,回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。
结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶.拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。
连铸钢水的准备一、连铸钢水的温度要求：钢水温度过高的危害：①出结晶器坯壳薄，容易漏钢；②耐火材料侵蚀加快，易导致铸流失控,降低浇铸安全性；③增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；④铸坯柱状晶发达;⑤中心偏析加重，易产生中心线裂纹。
钢水温度过低的危害:①容易发生水口堵塞，浇铸中断；②连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；③非金属夹杂不易上浮,影响铸坯内在质量。
二、钢水在钢包中的温度控制：根据冶炼钢种严格控制出钢温度，使其在较窄的范围内变化；其次,要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。
一种极纯高碳铬轴承钢的冶炼生产方法
方坯 、 冶锭 等原料 ， 模化 轧制 生产 。特别 要统 特 规 筹考 虑 宝钢分 公 司初轧 产线 与特 殊钢 分公 司各产 线之 问 的工艺 路 径 与产 品结 构 优 化 ， 过 淘 汰落 通 后工 艺 与产能 、 专业 化分 工 与规模 化生产 ， 降低 在 制造 成本 、 少能 源消耗 方 面发挥 规模 优势 ， 减 提高 宝钢 股份 、 团长材 制造 的综合 优 势 ， 中力 量做 集 集 大长 材精 品与规 模 ， 提升 长材 的核 心竞争 力 。
国 内领 先 。
专 利 号 ：Ｌ ０ ５ ０ ２ ３ ４ ０ Ｚ ２ ０ １０ ７ ９ ．
专 利权 人 ： 山钢铁 股 份有 限公 司 宝 发 明 人 ： 明全 虞
一
须 毅 民 陈 杰
种极纯 高 碳铬 轴 承 钢 的 冶 炼 生 产方 法 ， 其
特 征是 采 用 三步 法 工 艺 流 程 ： 钢铁 料 是 高碳 铬 ① 轴承钢坯 ， 、 、 、 氧 氮 硫 铝质量 分数分别 ≤０００７ 、 ．０ ％
在 以轧 代锻 产 品 、 铸 难 以生 产 的高 端 产 品 生 产 连
方面发 挥初 轧规格 变 换灵 活 、 批量 、 性化 生产 小 个 的优势 ， 形成 以深 加 工 用 特厚 板 、 大 特 长方／ 特 圆 钢为特 色 的国 内模 具 钢 、 件用 钢 、 锻 芯棒 钢等精 品
（ 收稿 日期 ：０ ８— ９—０ ） ２０ ０ ３ （ 稿 日期 ：０ ８—１ 改 ２０ ０—０ ９）
唐 劲松 等
宝 钢初 轧技 术 的进步 与发 展
７
发展 ， 同步 提高 产 品质 量 ， 提升初 轧 产 品技 术含 量
轴承钢的热处理工艺及参数和发展
轴承钢热处理工艺参数时间：2010-06-14 08:59:46 来源：机械社区作者：时间：2010-04-19 16:29:25 来源：中国金属加工在线作者：轴承钢是质量要求很严格的钢类。
目前对轴承钢提出的要求有：用户免加工和检查、提高质量、规格细化和提高尺寸精度等，而且，对这些要求的重要程度越来越高。
为满足这些要求，JFE制钢使用了各种保证产品质量和进行精加工的设备生产轴承钢。
这些设备与新开发的提高质量的技术相结合，可以生产尺寸范围宽、质量高、附加值高的热处理和热轧轴承钢。
JFE轴承钢制造技术的特点是：1）表面质量精细加工和质量检查体系用对钢坯进行火焰清理和将连铸坯轧制成小型圆坯的方法，均匀去除表面瑕疵、皮下夹杂物和脱碳层。
对质量要求特别高的材料，实施钢坯扒皮作业高度清除缺陷。
为保证小型圆坯的表面质量，用自动涡流探伤仪和磁粉探伤仪进行检查；对内部缺陷，用圆坯全断面超声波探伤仪检测内部孔隙和夹杂物。
2）轴承钢的精细制造技术和质量保证在线材-棒材厂，在棒材轧制线上增设线材轧制线，进行联合轧制。
对棒材和线材都采用4辊精轧机进行精轧，棒钢的尺寸精度在0.01mm以下，用户可以省略扒皮和拉拔加工。
对线材可进行自由尺寸轧制，并可以生产Φ4.2mm的小尺寸线材。
由于把线材已经轧制到锻造的尺寸，所以用户可以省略拔丝、热处理和表面处理工序。
3）提高钢的洁净度近年来，JFE制钢为了提高钢的洁净度，采用了PERM（加减压精炼）、LF（炉外精炼炉）对钢的生产工艺进行了改进。
PERM法是在转炉冶炼时，使氮、氢等气体溶解在钢中，然后，用RH炉（真空脱气）迅速减压，使钢中产生气体，利用这种气体捕捉并排除钢液中的夹杂物。
JFE制钢还在2008年新建LF炉，大大提高了夹杂物的去除能力。
采用上述工艺和设备的效果是：与原有工艺相比，夹杂物个数预测指数减少34%、夹杂物最大直径指数减少29%、夹杂物最大直径指数分布的标准偏差减少了73%。
转炉炼钢、炉外精炼、连铸
1、转炉炼钢转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。
转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。
碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。
转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。
转炉炼钢-正文一种不需外加热源，主要以液态生铁为原料的炼钢方法。
转炉炼钢法的主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。
炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等），为调整温度，可加入废钢以及少量的冷生铁块和矿石等。
转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）;按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹;按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。
酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷，须用优质生铁，因而应用范围受到限制。
碱性转炉适于用高磷生铁炼钢，曾在西欧得到较大发展。
空气吹炼的转炉钢，因含氮量高，质量不如平炉钢，且原料有局限性，又不能多配废钢，未能像平炉那样在世界范围内广泛采用。
1952年氧气顶吹转炉问世，逐渐取代空气吹炼的转炉和平炉，现在已经成为世界上主要炼钢方法。
简史1856年，英国贝塞麦(H.Bessemer)发明了底吹酸性转炉炼钢法，以后被称为贝塞麦转炉炼钢法。
从此开创了大规模炼钢的新时代。
1879年英国托马斯(S.G.Thomas)创造了碱性转炉炼钢法。
造碱性渣除磷,适用于西欧丰富的高磷铁矿的冶炼，一般称托马斯转炉炼钢法。
1891年，法国特罗佩纳(Tropenas)创造了侧面吹风的酸性侧吹转炉炼钢法，曾在铸钢厂得到应用。
用氧气代替空气的优越性早被认识，但因未能获得大量廉价的工业纯氧，长期未能实现。
连铸技术的现状及发展趋势
连铸技术的现状及发展趋势摘要：随着科学技术的发展，连铸技术的发展也越来越趋向于成熟。
本文主要介绍了连铸技术在国内外的发展现状和趋势，用到电磁冶金、终形连铸、中间包的加热、结晶器液压振动、在线调宽、摩擦力监控和中间包连续测温等技术，在介绍技术的同时，又联系现实的生产状况，分析了它的发展状况。
关键词：连铸技术；现状；发展；趋势一、近终形连铸技术的介绍近终形连铸技术就是一种集连铸、轧制和热处理为一体的可以生产特殊新材料的一种技术，它最大的特点就是快速凝固，这样可以生产出传统轧制工艺无法生产的材料。
连铸技术分为多种，下面介绍薄板坯连铸和薄带连铸技术。
对于薄板坯连铸技术，薄板坯连铸技术早在1989年就开始投产，在美国最先兴起，结合了德国当时最先进的生产技术。
随着时代的发展，薄板坯连铸技术也日渐成熟，早先只有国外公司拥有这种生产技术，现在，中国已经成为薄板坯连铸产能最大、生产线最多的国家。
对于薄带连铸技术，它相对于其它连铸技术更为先进，它属于冶金领域中一项前沿技术。
它又分为前期传统的技术和现代薄带连铸技术，区别于以前它最大的特点就是薄带连铸技术更加综合，它集连铸、轧制和热处理技术为一体，生产的薄带坯更加精细，并且可以一次成型。
现在的连铸技术中最受关注还有就是双辊薄带连铸技术，它广受关注的原因就是此种高效的生产工艺可以提高生产效率，增加高额的经济效益[1]。
双辊薄带连铸这种工艺非常复杂，所以至今没有完全掌握，虽然近些年有些突破性进展，但是，想要达到商业化量产阶段是不可能的，还是需要大量的研究和探索工作。
其中有几大问题，第一就是生产中的裂纹，这是制约此项技术发展的重大原因之一。
第二就是厚度不均匀的问题，现在能实现的厚度就是在小范围内波动，但还是不利于冷轧过程的进行。
第三就是连铸的速度，上面也提到，现在的技术不足，生产成品的速率低下，不能满足商业化需求。
第四就是薄带的宽度小，并且侧封还不理想。
剩下的还有铸辊的材质问题、钢液的氧化问题、二次冷却问题等等。
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理论基础5： 钢液中微量元素(Ca,Mg)的控制规律
(CaO) + [Al] = [Ca] + (Al2O3) (CaO) + [C] = [Ca] + (CO)
以下条件加强了上述反应向右进行的可能性： (1) 过高的炉渣碱度；(2) 钢液中铝含量过高；(3)高 的温度；(4) 渣中过低的Al2O3含量；(5)真空下。
我国轴承钢的发展
钢水纯洁度
氧含量是轴承钢纯洁度的最重要标志之一。轴承钢当氧含 量由30ppm下降到20ppm时，其接触疲劳寿命提高1.5 倍;降到15ppm时提高2倍;降到8ppm时提高3倍。因此，各
大厂家都非常重视对氧含量的控制。目前，国际上先进水平，
如日本山阳制钢的轴承钢，氧含量可以达到5～8ppm。
Al2O3量也是不合适的。
[%O]
ppm 12
10
8
6
4
2
0 0.00
0.01
0.02
0.03 [%Al]
0.04
无渣
B=2 B=3 B=4 B=5
0.05
钢中铝含量及炉渣碱度对平衡氧含量的影响
理论基础4： 炉渣吸收Al2O3夹杂物的能力
用CaO－Al2O3渣吸附 Al2O3夹杂物在不同温 度下速率的比较
经常有短尺搭交，轴承钢棒材的弯曲度按目前标准为 4mm/m，而国外标准通常要求2mm/m。国外轴承钢棒材 的端部无毛刺，并45º机器倒角，国内钢材的两端粗糙， 不利于轴承企业的自动化加工。总之，轴承钢表面质量的 缺陷及外形上的偏差，最终将降低轴承加工企业的材料利 用率。
品种结构上的差距
国内轴承钢的钢种以高碳铬轴承钢为主，占90%，欧美等 西方工业化国家的高碳铬轴承钢只占70%，其它渗碳轴承
在熔炼方面，电炉向超高功率、大容量发展，采用
组合式精炼（电磁搅拌+吹氩搅拌），电耗较低，电极消 耗较少。
转炉流程轴承钢技术的开发使轴承钢的冶炼时间缩短、
生产效率提高，且钢中氮含量低，残余元素少，为轴承钢 进一步提高品质奠定了基础。
• 轴承钢连铸目前已经取得重大进展，广泛应用于轴承钢
的生产。连铸不仅提高了成材率，而且钢坯表面质量、夹 杂物分布、碳化物偏析都有明显改善。
国内先进水平氧含量T[O]一般波动在9～13ppm范围内。
碳化物不均匀性
碳化物的不均匀性对轴承的材质是一种危害较大的缺陷。一
般包括液析、带状碳化物和网状碳化物。国外轴承钢的
碳化物尺寸细小、分布均匀。而我国轴承钢碳化物的尺寸和 颗粒较大，直接影响了轴承的使用寿命。
表面质量和外观尺寸、精度
与国外相比，国内钢材的表面普遍存在折叠、细裂纹、 凹坑等缺陷，公差尺寸范围较大，交货不能两头齐尺，
0
0.005 0.012 0.05
0.1
0.25 0.35
0.45 0.50.6 Nhomakorabea[%Al]
炉衬对钢中Mg含量的影响
理论基础6： 炉渣(FeO)被快速还原的规律
在还原性渣中，通常会存在以下反应：
2(FeO)+(SiO2)=2FeO·SiO2 随着炉渣碱度的提高，以上反应向右进行的可能性 变小，渣中的(FeO)容易被还原。 或者发生：
2FeO·SiO2+(CaO)=2(FeO)+CaO·SiO2 形式的反应，使得自由(FeO)量增加。 事实证明：炉渣碱度越高，还原炉渣变快，钢中氧 含量较低。
第二部分 ： 轴承钢精炼工艺及控制要点
工艺路线： (1) BOF－LF－VD－CC (2) EAF －LF－VD－CC
工艺关键点： 1 初炼炉出钢: (1)终点碳不要过低； (2)下渣要少; (3)加铝量命中率要高，尽可能精炼期不补铝； (4)出钢精炼渣的成分要严格控制； (5)添加的时机要考虑
• 多采用连续式保护气氛热处理，在提高球化退火质
量，获得细小、均匀、球形的碳化物以及缩短退火时间或 取消球化退火工序的研究方面有了重大进展。
• 实现了在线检测自动化。国外先进企业依据不同的目
的采用不同的探伤设备。有的在同一条生产线上分别安装 有超声波探伤机、涡流探伤机或磁粉探伤机，对钢的缺陷 自动标志、修磨等。
国外轴承钢的发展
轴承钢的纯净度和组织均匀性是影响轴承寿命的重要因素， 因此许多轴承钢生产厂家都在这方面做了大量工作。
轴承钢新技术
超高清洁度钢的开发是轴承钢重要发展技术之一，影响 轴承钢性能的主要因素是由转动疲劳引起的剥离现象。
轴承剥离一般是由于混入异物而使润滑条件恶化及直接由 钢中夹杂物引起的，降低氧化物系夹杂物对轴承的长寿有 显著的效果。因此，轴承钢的高清洁度对提高轴承的寿命 至关重要。各轴承钢制造厂通过改善精炼方法，供给高清 洁度轴承钢，而且，这种需求正在扩大。
理论基础2： 脱氧方法的选择：铝含量的控制
铝含量与溶解氧的关系：
1600℃与钢中Al相平衡的溶解氧含量 [Al],% 0.001 0.01 0.02 0.03 0.05 0.10 [O],ppm 36.66 8.09 5.24 4.11 3.08 2.22
要注意：以上数据是与Al2O3相平衡的数据。事实证明，将 [%Al](S)控制在0.015%左右是必要的。
用CaO－Al2O3－SiO2 渣吸附Al2O3夹杂物在 不同温度下速率的比 较
用CaO－Al2O3－SiO2－MgO(少量)渣吸附 Al2O3夹杂物在不同温度下速率的比较
熔渣
消化 溶解 吸附
钢液
上浮
Al2O3夹杂物
Al2O3夹杂物吸收示意图
目前对炉渣吸附Al2O3夹杂物初步的观点为： (1)从炉渣和Al2O3夹杂物的界面能来看，低的界面张力
轴承钢精炼理论基础
滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触 疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性，一般用
铬锰高碳钢（抗点蚀）制造，常用材料有GCr15、 GCr15SiMn、GCr6、GCr9等 滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳 强度。 保持架选用较软材料制造，常用低碳钢板冲压后铆接或焊 接而成。实体保持架则选用铜合金、铝合金、酚醛层压布 板或工程塑料等材料（减摩）。 为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元 件或采用特殊结构，如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封 结构或在外圈上加止动环等。
(3)高的稳定性和均匀性。 不允许有大颗粒夹杂物。
以上三方面相互影响。
总体思路：
T.[O](总)=[O](溶)＋T.[O](夹)
要将成品总氧含量降到最低，要同时从降低钢 液中溶解氧和降低各种成分的氧化物夹杂物着手， 这也是国际上一贯的思路。
理论基础1：
初炼炉出钢终点碳控制
过低的碳带来的影响: (1)钢中溶解氧高会导致铝消耗量 大和夹杂物总量增加，给后期精炼带来负担；(2)渣的氧 化性明显增加，给后期精炼变渣和控渣带来困难。但过高 的碳出钢也是没有必要的，也给初炼炉带来压力。一般在 0.10-0.15%也就可以了。
钢等约占30%，这主要是热处理上的差距所致。渗碳轴
承钢对热处理工艺要求较高，国内企业因设备、工艺等因 素，不具备生产大量的渗碳轴承钢的条件。
• 技术装备的差距
• 我国轴承钢与国外相比最主要的差距是在技术装备。国外 在轴承钢熔炼上，初炼炉和精炼炉朝高功率、大容量发展。
瑞典、日本等国多选用70～100吨的炉型，而国内多数 企业仍用15～30吨的电炉和20～40吨的精炼炉。日本 轴承钢已采用连铸生产，国内绝大多数企业仍采用模铸。 热处理方面，国外都使用连续式保护气氛退火炉，国内
滚动体：将滑动摩擦转化为滚动摩擦
保持架：防止滚动体直接接触
2
4 3
1
2
4 13
常见的滚动体有六种形状，一种是球形，四种是滚子。
由于轴承的工作条件十分复杂，承受着各类高的交变应力，在工作时， 滚动体与内、外套圈呈点接触，同时受到很大的冲击负荷和振动， 并还受到水分、杂质及润滑抽的侵蚀，故对轴承钢的要求愈来愈严格， 成为检验项目最多、质量要求最严、生产难度最大的钢种之一。
的最低吹氩量； (4)合理炉渣成分的摸索； (5)元素烧损(Al)和增加规律(Ca,Mg,C)的摸索； (5)温降的摸索。
工艺关键点： 4 软搅拌: (1)时间控制； (2)气体量要小; (3)钢包覆盖剂的稳定。 5 连铸: (1)稳定性控制； (2)中间包覆盖剂的稳定。
多数企业还是较落后的辊底炉、罩式炉等。检测方面，国 内多数企业不具备在线探伤，对钢材的内在、外表缺陷不 能及时发现、修磨。
轴承钢的性能要求：
(1) 具有高的接触疲劳强度和抗压强度； (2) 经热处理后必须具有高而均匀的硬度； (3) 具有高的弹性极限，防止在高载荷作用下轴承发生过量的塑
性变形；
(4) 要有一定的韧性，防止轴承在受冲击载荷作用时发生破坏； (5) 要有一定的抗腐蚀性能； (6) 要有良好的工艺性能，如冷热成型、切削、磨削等性能，以
工艺关键点： 2 LF炉精炼 (1)铝含量的命中； (2)炉渣的设计; (3)搅拌能力，吹氩量； (4)造渣材料，要考虑到对炉渣成分的影响； (5)渣量(影响到后期VD炉) LF炉的炉渣控制一定要与后期的VD炉工艺相连接统一考虑。
工艺关键点： 3 VD炉: (1)快速真空； (2)真空前期、末期小气量; (3)真空中期吹气量要严格控制，控制原则是：完成脱气任务时
轴承钢冶炼与连铸技术
2008年8月
内容：
1 ：轴承钢发展概况 2 ：轴承钢性能要求 3 ：钢液精炼渣的设计
轴承钢发展概况
轴承钢是重要的冶金产品，它被广泛应用于机械制造、 铁路运输、汽车制造、国防工业等领域。
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。