高碳铬轴承钢GCr15冶炼工艺探索及质量控制

高碳铬轴承钢G Cr15冶炼工艺探索及质量控制

韦泽洪　郭元奎

(武钢集团鄂城钢铁公司)

摘要　本文通过国内外相关文献对高碳铬轴承钢冶炼工艺探索及质量控制方面的研究,借鉴相关成功经验,并根据现阶段工艺设备条件,对鄂钢电炉炼钢厂开发高碳铬轴承钢G Cr15在冶炼工艺方面提出注意事项及改进措施,以保证所生产G Cr15质量,从而满足用户使用要求。

关键词　轴承钢　氧含量　夹杂物　碳化物偏析　质量控制

ME LTING PR OCESS INVESTIGATION AN D QUA LIT Y CONTR OL FOR HIGH

C-Cr BEARING STEE L GCr15

Wei Z ehong　G uo Y uankui

(Echeng Iron&S teel C om pany,Wuhan S teel)

ABSTRACT　According to the investigation of melting process for high C-Cr bearing steel and quality control from internal and external documents,relevant and success ful experiences and present conditions of process and equipment,the paper puts forward attention points and its im provement measures on melting process of high C-Cr bearing steel G Cr15for E AF steelmaking plant to im prove G Cr15quality and meet the customer′s requirements.

KE Y WOR DS　bearing steel　oxygen content　im purity　carbide segregation　quality control

0　前言

轴承作为一个重要的机械传动部件,其内、外套圈及滚动体一般均由轴承钢制成。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、杂质及润滑油的侵蚀,故对轴承钢的要求愈来愈严格,对原始组织的要求主要有两方面:一是高的纯净度,二是组织均匀。国际上素有轴承是“工业的心脏”说法,对国民经济的发展起到重要的作用,作为轴承用钢,轴承钢质量的好坏也成为一个国家钢铁冶炼水平的一个标志。

轴承钢一般分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢和中碳轴承钢,其中尤以高碳铬轴承钢生产量为最多。国外轴承钢生产厂家主要集中在瑞典SK F公司和日本山阳公司,该两家每年轴承钢生产量基本占西方工业化国家轴承钢产量的70%以上,由于轴承钢生产的高度集中,国外轴承钢生产工艺及实物质量达到了一个很高的水平。国内轴承钢生产厂家主要集中在兴澄、大冶、辽特、上五、西宁、永通、锡钢等厂家,近十几年,我国轴承钢生产得到了较快发展,2003年,轴承钢产量达到140多万吨,与1990年60万吨相比翻了一番多,但与国外一些轴承钢公司相比,我国轴承钢的生产工艺、装备水平及实物质量还存在很大差距。1　G Cr15质量要求

G Cr15是高碳铬轴承钢的代表钢种,它的综合性能良好,淬火和回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性和高的接触疲劳寿命,其热加工变形性能好,球化退火后有良好的可切削性能,是各国广泛应用的钢种之一,也是高碳铬轴承钢中产量最大的钢种。

我国高碳铬轴承钢标准从1952年开始制定,为与国际标准发展趋势接轨,经过不断的修订及完善,先后制定Y B9-68、Y J Z84、G BΠT18254-2002等部标或国标,一些主要轴承钢生产厂家根据自身生产条件和用户要求,也先后制订各自的企业标准和临时供货协议。我国G Cr15牌号与日本的S U J2、瑞典的SK F3、美国的52100、德国的100Cr6等钢号相对应。

根据轴承使用条件,按G BΠT18254-2002标准,针对G Cr15主要提出以下质量要求:

1)化学成份:C:0.95%～1.05%;Mn:0.25%～0.45%;Si:0.15%～0.35%;P≤0.025%;S≤0. 025%;M o≤0.10%;Ni≤0.30%;Cu≤0.25%;Ni+ Cu≤0.50%.氧含量:模注钢不大于15×10-6,连铸钢不大于12×10-6。

2)应采用真空脱气处理。

3)可根据需方要求采用不同交货状态。

4)经供需双方协商可进行不同的布氏硬度规定。

5)一般须进行顶锻试验。

　2006年　9月 河　南　冶　金 Sep.　2006

第14卷　增　刊 HE NAN MET A LLURGY V ol.14　Suplement

6)低倍组织:中心疏松、一般疏松、偏析,模注钢均不大于1.0级,连铸钢除中心疏松不大于1.5级外,其它也不应大于1.0级,一般须作退火断口或淬火断口试验。

7)非金属夹杂物规定:细系:A类不大于2.5级,B类不大于2.0级,C类不大于0.5级,D类不大于1.0级;粗系:A类不大于1.5级,B类不大于1.0级,C类不大于0.5级,D类不大于1.0级。

8)直径不大于60mm的钢材不得有显微孔隙,直径大于60mm的钢材显微孔隙须进行评级。

9)球化退火钢材的显微组织应为细小、均匀、完全球化的珠光体组织。

10)直径不大于60mm的球化退火钢材碳化物网状不大于2.5级,直径大于60mm的球化退火钢材碳化物网状不大于3.0级;钢材的碳化物带状根据规格及交货状态应分别不大于2.0～3.5级;钢材的碳化物液析根据规格及交货状态应分别不大于0.5-2.5级。

11)根据轧制规格,钢材脱碳层深度应分别不大于0.15m～1.20mm。

12)根据需方要求,可对表面质量进行不同规定。

2　G Cr15冶炼工艺特点及质量控制

轴承钢要实现优质、高产、低耗的目的,其工艺装备、工艺技术须具有以下特点:具有较大容量的初炼炉和多功能的炉外精炼装备;具有合适断面的连铸机或锭型,以及高温扩散均热炉;具有高速、高效、高精度连轧机组;具有大型连续式热处理炉;具有各种功能的在线检测装置;具有足够的精整修磨设备;钢材包装机械化、商品化。

与国外先进轴承钢生产公司相比,我国轴承钢生产厂主要存在以下差距:一是我国冶炼装备容量偏小;二是精炼工艺尚未最佳化;三是轴承钢连铸比例及连铸工艺与国外存在差距;轧机还不能完全实现控轧、控冷,钢材的尺寸精度低,难以控制网状碳化物和球化预备组织的改善;成材率低,表面质量差,脱碳层较严重,产品包装无法做到商品化;钢坯清理难度较大。

为保证轴承钢的低氧含量要求,对轴承钢进行真空处理成为一个必要的手段。但河南永通钢厂、山东寿光钢厂等民营企业在无真空处理设备的情况下,通过工艺优化,采用延长精炼吹氩时间等手段,所生产的G Cr15也受到用户的好评。

高碳铬轴承钢G Cr15在冶炼工艺控制及质量保证方面,国内外冶金专家做过详细的分析研究,从精炼工艺、连铸工艺方面提出许多建议:

2.1　初炼炉工艺

轴承钢生产中,为精炼炉提供钢液的一般为电弧炉,初炼炉主要任务为脱碳和脱磷。电弧炉好的泡沫渣有利于减少冶炼过程中钢水吸气,并对初炼炉操作提出降磷保碳的要求,从现阶段电弧炉工艺看,增加热装铁水量是解决泡沫渣降磷和保碳矛盾的一个有效手段,以防止钢水氧化严重及增碳量大造成初炼钢液氧含量增加,从而增加了精炼的脱氧任务,不利于气体和夹杂物去除。

无渣出钢也作为初炼炉的一个重点任务,如大量的氧化性炉渣随钢液进入精炼钢包,不仅对化学成份控制带来困难,而且给精炼效果带来不利影响,现电弧炉为保证无渣出钢主要采用偏心低出钢。2.2　成份控制

碳在G Cr15中保证其具有足够的淬透性、硬度值和耐磨性,但太高易产生大块碳化物,一般应将其控制在规格中下限。

铬是碳化物形成元素,主要作用是提高钢的淬透性和耐腐蚀性能,并可提高强度、硬度、耐磨性、弹性极限和屈服极限。铬过高会因残余奥氏体量增加而降低硬度,并易形成大块碳化物,使钢的韧性降低,一般将铬控制在规格中限或中下限。

锰和铬一样是碳化物形成无素,但这种碳化物易溶于奥氏体,回火时易析出和聚集,对于G Cr15,锰主要作为脱氧元素,一般不宜过高。

硅在G Cr15中也主要作为脱氧元素,虽可强化铁素体,提高强度,但使钢的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向性增大,一般也不宜控制太高。

磷在钢中严重引起凝固时的偏析,溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大,增加了钢的冷脆性,对于G Cr15属绝对有害元素。

硫对轴承钢的影响目前还存在着意见分歧,一种观点认为硫化物有利于改善氧化物夹杂变性,另一种观点认为硫化物偏析不利于提高轴承寿命。瑞典在标准中将G Cr15的硫定为0.005%～0.025%,而日本、德国、美国则将硫定得较低,规定硫≤0.010%。

其它残余元素:镍由于增加了淬回火后残余奥氏体量,降低硬度,故受到限制;钼也作为残余元素存在,其有害作用不明显,但我国在标准中也进行了限制;铜易使钢加热时形成表面裂纹,会引起钢的时效硬化,也作为轴承钢的一个有害元素;钛与溶解于钢中的氮有着极强的亲和力,其氮化钛以及与氧形成的氧化钛夹杂坚硬、呈棱角状,对轴承的疲劳寿命影响较大;砷、铅、锡、锑、铋五种有害元素属低熔点有色金

・

9

8

・

　2006年增刊 河　南　冶　金