軸承鋼熱處理工藝包括正火、退火等預(yù)先熱處理和最終熱處理兩個(gè)主要環(huán)節(jié)。GCr15鋼是一種合金含量較少、具有良好性能、應(yīng)用廣泛的高碳鉻軸承鋼。GCr15軸承鋼熱處理后具有高而均勻的硬度、良好的耐磨性、高的接觸疲勞性能。
（1）預(yù)先熱處理
①正火：鉻軸承鋼正火工藝，工件透熱后保溫40~60min，冷卻需要較快，正火之后立即轉(zhuǎn)為球化退火。
②球化退火：GCr15鉻軸承鋼常采用等溫球化退火工藝，790℃被認(rèn)為是最佳的球化加熱溫度。退火前需加熱到900~920℃，保溫2/3~1h后正火。
保溫時(shí)間隨工件大小、加熱爐的均勻性、裝爐方法及裝爐量、退火前的原始組織均勻性而定。
低溫球化退火主要適用于冷沖球、冷擠壓套圈的再結(jié)晶退火。
普通球化退火、等溫球化退火主要適用于鍛造套圈、熱沖球以及橫鍛球的退火。鉻軸承鋼球化退火工藝。
（2）最終熱處理
①軸承零件：一般采用淬火和低溫回火，其目的是提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性與抗疲勞性能。GCr15鋼淬火溫度在820~860℃，油淬臨界直徑為25mm。一般采用油冷淬火。加熱保溫時(shí)間比合金工具鋼長(zhǎng)，鹽浴加熱系數(shù)取值0.8~1.5min/mm?？諝鉅t加熱系數(shù)1.5~2min/mm。
160℃±10℃的低溫回火，回火時(shí)間一般為2~4h。
精密軸承零件為穩(wěn)定尺寸，淬火后應(yīng)進(jìn)行-60~80℃冷處理，保溫時(shí)間為2~4h，冷處理后零件恢復(fù)到室溫，在4h內(nèi)進(jìn)行回火，以防止零件開裂。
低溫回火時(shí)未能*消除的殘留應(yīng)力在磨削加工后會(huì)重新分布。這兩種應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致零件尺寸發(fā)生變化，甚至?xí)a(chǎn)生龜裂。為此，應(yīng)再進(jìn)行一次補(bǔ)充回火，回火溫度為120~160℃，保溫5~10h或更長(zhǎng)。
②工模具GCr15熱處理：由于此鋼容易產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷，大型工模具熱處理容易開裂，采用緩慢加熱或690℃長(zhǎng)時(shí)間（大于5h）分段等溫可以降低開裂概率，奧氏體化溫度選擇810℃±10℃，保溫系數(shù)a=1.6~0.9min/mm。大于60mm直徑的工件需要水油雙液淬火。

名稱：軸承鋼生產(chǎn)工藝的制作方法

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明是一種軸承鋼生產(chǎn)工藝，利用煉鋼爐、精煉爐、真空爐連鑄生產(chǎn)線生產(chǎn)該類鋼種，在冶煉過(guò)程中有效控制鋼中氧含量及其它夾雜物，屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軸承鋼由于*而又嚴(yán)格的性能要求，自上世紀(jì)初發(fā)明以來(lái)，雖鋼種未變，但通過(guò)生產(chǎn)裝備的進(jìn)步和工藝的改進(jìn)，鋼的質(zhì)量顯著提高。提高軸承質(zhì)量的關(guān)鍵是大幅度提高軸承鋼的疲勞壽命。軸承的疲勞壽命是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念即在一定的載荷條件下，用破壞概率與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系來(lái)表示。除疲勞壽命之外，軸承還必須滿足高速、重載、精密、長(zhǎng)壽的工藝要求，因而要求軸承鋼應(yīng)具備高強(qiáng)韌性、表面高硬度耐腐蝕，淬透性好、尺寸精度高、尺寸穩(wěn)定性好等技術(shù)指標(biāo)。如何提高軸承鋼的疲勞壽命，近20年國(guó)內(nèi)外開展了大量的研究工作。

新的研究觀點(diǎn)認(rèn)為疲勞裂紋首先萌生于表面，再向內(nèi)部擴(kuò)展，造成斷裂。通常，把軸承鋼中的夾雜物和碳化物缺陷視為鋼中已存在的裂紋。應(yīng)力誘發(fā)引起應(yīng)變硬化并產(chǎn)生相變，從而改變鋼材組織。在夾雜物或碳化物缺陷與基體間的界面處萌生裂紋，向內(nèi)擴(kuò)散。

在衡量軸承鋼質(zhì)量時(shí)，各國(guó)都把氧含量作為一項(xiàng)重要指標(biāo)，因鋼中的氧幾乎全部來(lái)自氧化物夾雜，氧化物夾雜是影響軸承使用壽命的主要因素之一，生產(chǎn)實(shí)踐證明，鋼中氧含量低，軸承使用壽命高。

氧的來(lái)源鋼中的氧一是電爐的氧化反應(yīng)包括脫碳、造泡沫渣等帶入；二是從外界氣體帶入，包括電弧將氣體電離進(jìn)入鋼中——主要產(chǎn)生在轉(zhuǎn)爐/電爐冶煉過(guò)程中；鋼水的二次氧化——主要產(chǎn)生在轉(zhuǎn)爐/電爐出鋼過(guò)程和連鑄澆注過(guò)程中以及精煉加料過(guò)程中鋼水液面裸露在大氣中吸氣；三是從渣料、原材料及耐材中帶入，指EAF渣料帶入、精煉過(guò)程中造渣料及合金帶入及各耐材侵蝕進(jìn)入鋼中等，包括了EAF到連鑄的整個(gè)工藝過(guò)程。因此，冶煉高質(zhì)量的軸承鋼，對(duì)冶煉的各個(gè)工藝點(diǎn)提出了*的要求，冶煉時(shí)必須對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

如何控制鋼水中的氧含量成為各個(gè)生產(chǎn)廠家的難題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的本發(fā)明針對(duì)上述軸承鋼的生產(chǎn)機(jī)理出現(xiàn)的一些共性問(wèn)題，提供了一種軸承鋼生產(chǎn)工藝，盡可能減少鋼中夾雜物，提高鋼材純凈度；嚴(yán)格控制和消除鋼中碳化物缺陷，提高鋼材的組織均勻性，在冶煉過(guò)程中通過(guò)有效控制各個(gè)生產(chǎn)步驟達(dá)到減少鋼中氧含量的目的。

技術(shù)方案一種軸承鋼生產(chǎn)工藝，包括加入原料、電爐冶煉、精煉、真空脫氧、連鑄等生產(chǎn)步驟，具體的操作如下(1)電爐中加入原料廢鋼和生鐵或鐵水，并加入袋裝石灰；(2)在電爐冶煉過(guò)程中，電爐出鋼時(shí)鋼水中碳含量≥0.40％(重量百分比，下同)，并保證電爐出鋼到精煉爐時(shí)的鋼水溫度在1600℃以上，控制鋼包中鋼水液面距鋼包沿250～350mm；(3)精煉時(shí)將精煉用部分渣料石灰、螢石、預(yù)脫氧劑及合金加在鋼包包底并于在線烘烤位進(jìn)行烘烤，同時(shí)采用鋁鐵預(yù)脫氧及鋁線脫氧；(4)真空處理，將溫度及成份均合格的鋼水吊至真空罐進(jìn)行處理，真空度≤70Pa，真空保持時(shí)間在15分鐘以上，真空解除后，靜置保持液面微動(dòng)15～20分鐘；(5)連鑄時(shí)，從鋼包到中間包使用全保護(hù)澆注，鋼包到中間包長(zhǎng)水口氬封保護(hù)，中間包上水口內(nèi)裝，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時(shí)使用結(jié)晶器電磁攪拌；低過(guò)熱度、低拉速，二冷后段采用氣霧冷卻。

所述原料中配入的生鐵和鐵水的總量是30-50％；所述鐵水和生鐵加入量最佳比例為45～50％；所述的袋裝石灰加入量為2～4噸/爐。

電爐出鋼畢即開至喂絲位進(jìn)行喂絲，喂入Al線8～10m/t鋼，保證終點(diǎn)AlT≥0.060％，全程底吹氬氣攪拌，壓力在0.8～1Mpa，流量200～250l/min；所述的結(jié)晶器電磁攪拌時(shí)其電流強(qiáng)度控制在300～350A，頻率為3～3.5Hz。

中包用小火烘烤2小時(shí)，大火烘烤1-1.1小時(shí)，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上，中間包使用連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)，鋼水過(guò)熱度控制在15～25℃，拉速控制在1.8～2.0m/min，二冷比水量控制在0.6-0.8l/kg，二冷三、四段使用氣霧冷卻。

真空處理總時(shí)間30-35分鐘，氬氣流量80-150l/min，壓力0.4～0.8MPa。

所述的精煉渣的初始成份Al2O3含量在17～24％左右，CaO含量在53～62％，MgO含量在5～12％，SiO2含量≤12％，其余為常規(guī)元素。

有益效果通過(guò)本發(fā)明冶煉的軸承鋼，具有低的殘余元素、氣體含量和低的夾雜物總量，殘余夾雜物以細(xì)小、均勻、彌散的塑性?shī)A雜物分布，均勻的化學(xué)成份和碳化物組織，其鋼坯中全氧含量小于10ppm，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)該鋼種的成功開發(fā)，并因此可多生產(chǎn)高附加值鋼種，為企業(yè)創(chuàng)造利潤(rùn)。

具體實(shí)施例方式

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

生產(chǎn)工藝流程70t UHP-EAF→70t LF鋼包精煉爐→70t VD/VOD爐→五機(jī)五流合金鋼連鑄機(jī)(斷面150×150及150×220)。冶煉鋼種為軸承鋼GCr15。

使用原料為廢鋼+生鐵或鐵水，并加入袋裝石灰，鐵水從爐子上方兌入，鐵水比例為45-50％，加入量為2～4噸/爐，以稀釋鋼中的殘余有害元素，并保證電爐保碳操作有足夠的配碳量。

電爐進(jìn)行保碳操作，使用優(yōu)質(zhì)石灰，造好泡沫渣。盡量減少鋼水過(guò)氧化，減少初煉鋼水帶入氧量，電爐出鋼時(shí)鋼水中碳含量≥0.40％，并且保證電爐出鋼到精煉爐時(shí)鋼水溫度在1600℃以上，控制鋼包中鋼水液面距包沿250～350mm；出鋼過(guò)程中嚴(yán)禁下渣。

選用精煉爐渣本渣系含有CaO、MgO、Al2O3等多種成分，見表1，使?fàn)t渣具有低的熔點(diǎn)和良好的流動(dòng)性。渣中MgO具有保護(hù)包壁耐火材料的作用，同時(shí)也減少了耐火材料對(duì)鋼液的污染。渣中含有一定量的Al2O3，其與鋼中的脫氧產(chǎn)物界面張力小，因此，對(duì)夾雜物具有較好的吸附作用。渣系中CaO、MgO含量較高，而SiO2含量較低，還原能力強(qiáng)。

表1精煉爐爐渣組成工 精煉爐渣組成/％序CaO Al2O3SiO2MgO S MnOTFeRLF 53.25-60.70 17.26-23.54 9.18-16.32 6.25-11.94 0.19-1.43 0.1-0.15 0.57～1.42VD 52.11-60.88 15.42-26.33 4.27-11.34 5.10-11.24 0.25-0.97 0.05-0.13 0.51-0.98注LF指精煉爐；VD指真空爐。

精煉將精煉用部分渣料石灰、螢石、預(yù)脫氧劑及合金加在鋼包包底并在在線烘烤位進(jìn)行烘烤。電爐出鋼畢即開至喂絲位進(jìn)行喂絲，喂入Al線8-10m/t鋼，保證終點(diǎn)AlT≥0.060％。不使用硅鐵合金脫氧，防止精煉過(guò)程“回硅”造成[Si]成份超標(biāo)。精煉過(guò)程中注意觀察爐渣狀況的變化，判斷爐渣堿度并根據(jù)情況補(bǔ)入一定的石灰。全程底吹氬氣攪拌，壓力0.8～1Mpa，流量200～250l/min。

真空處理將溫度及成份均合格的鋼水吊至真空罐進(jìn)行處理，真空度≤70Pa，真空保持時(shí)間15-20分鐘，處理總時(shí)間30-35分鐘，氬氣流量80-150l/min，壓力0.4～0.8MPa。

連鑄為避免鋼包到結(jié)晶器之間鋼水流的二次氧化，從鋼包到中間包使用全保護(hù)澆注，鋼包到中間包長(zhǎng)水口氬封保護(hù)，中間包上水口內(nèi)裝，使用擋渣堰，使用雙層覆蓋劑，使用軸承鋼專用結(jié)晶器保護(hù)渣，正常使用結(jié)晶器電磁攪拌。澆注過(guò)程中注意鋼水的組織節(jié)奏，不允許出現(xiàn)上鋼水遲的情況，以最大限度地避免鋼包渣、保溫劑或澆注保溫渣的卷入。中包用小火烘烤2小時(shí)，大火烘烤1-1.1小時(shí)，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上，中間包使用連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)，鋼水過(guò)熱度控制在15～25℃，拉速控制在1.8～2.0m/min，二冷比水量控制在0.6-0.8l/kg，二冷三、四段使用氣霧冷卻。

本實(shí)施例所得的軸承鋼GCr15中氧含量及夾雜物含量見表2。

表2 軸承鋼GCr15氧含量及夾雜物含量氧含量 A硫化物類B氧化鋁類 C硅酸鹽類 D球狀氧化物類夾雜物(ppm) 粗 細(xì)粗 細(xì) 粗細(xì)粗 細(xì)第一批 10 無(wú) 無(wú)無(wú) 無(wú) 無(wú)0.5 0.51.0第二批 5 0.50 0.500 0 0.50.5第三批 10 0.51 0.510.5 0 1 0.5根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，軸承鋼GCr15氧含量及夾雜物含量均符合要求，鋼坯中全氧含量在6-8ppm，其鋼坯質(zhì)量達(dá)到國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

權(quán)利要求

1.一種軸承生產(chǎn)工藝，包括加入原料、電爐冶煉、精煉、真空脫氧、連鑄等生產(chǎn)步驟，其特征在于(1)電爐中加入原料廢鋼和生鐵或鐵水，并加入袋裝石灰；(2)在電爐冶煉過(guò)程中，電爐出鋼時(shí)鋼水中碳含量≥0.40％，電爐出鋼到精煉爐時(shí)鋼水溫度在1600℃以上，控制鋼包中鋼水液面距鋼包沿250～350mm；(3)精煉時(shí)將精煉用部分渣料石灰、螢石、預(yù)脫氧劑及合金加在鋼包包底并于在線烘烤位進(jìn)行烘烤，同時(shí)采用鋁鐵預(yù)脫氧及鋁線脫氧；(4)真空處理，將溫度及成份均合格的鋼水吊至真空罐進(jìn)行處理，真空度≤70Pa，真空保持時(shí)間在15分鐘以上，真空解除后，靜置保持液面微動(dòng)15～20分鐘；(5)連鑄時(shí)，從鋼包到中間包使用全保護(hù)澆注，鋼包到中間包長(zhǎng)水口氬封保護(hù)，中間包上水口內(nèi)裝，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時(shí)使用結(jié)晶器電磁攪拌；低過(guò)熱度、低拉速，二冷后段采用氣霧冷卻。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于所述原料中配入的生鐵和鐵水的總量是30-50％；所述的袋裝石灰加入量為2～4噸/爐。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于電爐出鋼畢即開至喂絲位進(jìn)行喂絲，喂入Al線8-10m/t鋼，保證終點(diǎn)AlT≥0.060％，全程底吹氬氣攪拌，壓力在0.8～1Mpa，流量200～250l/min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的結(jié)晶器電磁攪拌時(shí)其電流強(qiáng)度控制在300～350A，頻率在3～3.5Hz。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于中包用小火烘烤2小時(shí)，大火烘烤1-1.1小時(shí)，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上，中間包使用連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)，鋼水過(guò)熱度控制在15～25℃，拉速控制在1.8～2.0m/min，二冷比水量控制在0.6-0.8l/kg，二冷三、四段使用氣霧冷卻。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于真空處理總時(shí)間30-35分鐘，氬氣流量80-150l/min，壓力0.4～0.8MPa；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，其特征在于所述鐵水和生鐵加入量最佳比例為45～50％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的軸承鋼生產(chǎn)工藝，精煉渣中含硫、錳等元素，其特征在于精煉渣的初始成份為Al2O317～24％，CaO 53～62％，MgO 5～12％，SiO2≤12％，其余為常規(guī)元素。

全文摘要

本發(fā)明是一種軸承鋼生產(chǎn)工藝，在冶煉過(guò)程中有效控制鋼中氧含量及其它夾雜物，包括加入原料、電爐冶煉、精煉、真空脫氧、連鑄等生產(chǎn)步驟，電爐出鋼到精煉爐時(shí)的鋼水溫度在1600℃以上，精煉時(shí)將精煉用部分渣料石灰、螢石、預(yù)脫氧劑及合金加在鋼包包底并于在線烘烤位進(jìn)行烘烤，同時(shí)采用鋁鐵預(yù)脫氧及鋁線脫氧；真空度≤70Pa，真空保持時(shí)間在15分鐘以上，真空解除后，靜置保持液面微動(dòng)15～20分鐘；連鑄時(shí)，鋼包到中間包長(zhǎng)水口氬封保護(hù)，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時(shí)使用結(jié)晶器電磁攪拌；低過(guò)熱度、低拉速，二冷后段采用氣霧冷卻。本發(fā)明成品鋼坯中氧含量在10ppm以下，其性能指標(biāo)符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

文檔編號(hào)C21C5/00GK1563435SQ200410014700

公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日

發(fā)明者林國(guó)強(qiáng), 孫華, 朱守欣, 孔凡杰 申請(qǐng)人:南京鋼鐵聯(lián)合有限公司