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。加熱保溫時間比合金工具鋼長，鹽浴加熱系數(shù)取值0.8~1.5min/mm。空氣爐加熱系數(shù)1.5~2min/mm。
160℃±10℃的低溫回火，回火時間一般為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。
低溫回火時未能*消除的殘留應(yīng)力在磨削加工后會重新分布。這兩種應(yīng)力會導(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。
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℃長時間（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，雖鋼種未變，但通過生產(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統(tǒng)計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)系來表示。除疲勞壽命之外，軸承還必須滿足高速、重載、精密、長壽的工藝要求，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，各國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/電爐冶煉過程中；鋼水的二次氧化——主要產(chǎn)生在轉(zhuǎn)爐/電爐出鋼過程和連鑄澆注過程中以及精煉加料過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到連鑄的整個工藝過程。因此，冶煉高質(zhì)量的軸承鋼，對冶煉的各個工藝點(diǎn)提出了*的要求，冶煉時必須對各個工藝環(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)明針對上述軸承鋼的生產(chǎn)機(jī)理出現(xiàn)的一些共性問題，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，在冶煉過程中通過有效控制各個生產(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)在電爐冶煉過程中，電爐出鋼時鋼水中碳含量≥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，真空保持時間在15分鐘以上，真空解除后，靜置保持液面微動15～20分鐘；(5)連鑄時，從鋼包到中間包使用全保護(hù)澆注，鋼包到中間包長水口氬封保護(hù)，中間包上水口內(nèi)裝，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時使用結(jié)晶器電磁攪拌；低過熱度、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，大火烘烤1-1.1小時，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上，中間包使用連續(xù)測溫系統(tǒng)，鋼水過熱度控制在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、彌散的塑性夾雜物分布，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)到國家標(biāo)準(zhǔn)；同時該鋼種的成功開發(fā)，并因此可多生產(chǎn)高附加值鋼種，為企業(yè)創(chuàng)造利潤。

具體實(shí)施例方式

下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

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。盡量減少鋼水過氧化，減少初煉鋼水帶入氧量，電爐出鋼時鋼水中碳含量≥0.40％，并且保證電爐出鋼到精煉爐時鋼水溫度在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)和良好的流動性。渣中MgO具有保護(hù)包壁耐火材料的作用，同時也減少了耐火材料對鋼液的污染。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，防止精煉過程“回硅”造成[Si]成份超標(biāo)。精煉過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，真空保持時間15-20分鐘，處理總時間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，大火烘烤1-1.1小時，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上，中間包使用連續(xù)測溫系統(tǒng)，鋼水過熱度控制在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 無無 無 無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)在電爐冶煉過程中，電爐出鋼時鋼水中碳含量≥0.40％，電爐出鋼到精煉爐時鋼水溫度在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，真空保持時間在15分鐘以上，真空解除后，靜置保持液面微動15～20分鐘；(5)連鑄時，從鋼包到中間包使用全保護(hù)澆注，鋼包到中間包長水口氬封保護(hù)，中間包上水口內(nèi)裝，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時使用結(jié)晶器電磁攪拌；低過熱度、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，大火烘烤1-1.1小時，確保中包溫度達(dá)到1000℃以上，中間包使用連續(xù)測溫系統(tǒng)，鋼水過熱度控制在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的鋼水溫度在1600℃以上，精煉時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，同時采用鋁鐵預(yù)脫氧及鋁線脫氧；真空度≤70Pa，真空保持時間在15分鐘以上，真空解除后，靜置保持液面微動15～20分鐘；連鑄時，鋼包到中間包長水口氬封保護(hù)，使用擋渣堰和雙層覆蓋劑，同時使用結(jié)晶器電磁攪拌；低過熱度、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)符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

文檔編號C21C5/00GK1563435SQ200410014700

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

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