控制GCr15轴承钢中N含量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及炼钢生产过程轴承钢中N含量控制技术领域，具体指一种控制G化15 轴承钢中N含量的方法。
【背景技术】
[0002] GB/T18254-2002 标准中规定高碳铭轴承钢有：GCr4、GCrl5、GCrl5SiMn、 G化15SiMo、G化18Mo等5个钢号，钢中碳含量[C] :0. 95~1.05%，其中WG化15为代表钢 种，其主要用于制造轴承滚动体、内外套圈的材料，轴承的工作条件极为复杂，承受着各种 高的交变应力，如拉力、压力、剪力和摩擦力等，因此对轴承钢的材质也提出了非常严格的 质量要求，为了保证轴承钢有较高的疲劳强度、抗压强度、表面硬度和较长的使用寿命，钢 中的碳化物夹杂、氧化物夹杂、氮化物夹杂、点状夹杂等各种非金属夹杂物要严格地控制在 一定的范围之内，也就是要求对钢中0、N、Η元素含量都低。
[0003] Ν元素固溶于铁，形成间隙式固溶体，Ν在α铁中的溶解度随溫度的下降急剧降 低，如在590°C时Ν的溶解度约为0. 10 %，溫度降低到400°C、300°C、200°C、100°C时，其溶解 度分别为：〇. 02%、0. 01%、0. 005%、0. 001%。
[0004]Ν在钢中与金属的亲和力较强，能与Ti、Al、V等形成稳定的化合物，特别是与Ti结合形成TiN、Ti(C，脚等，钢中氮化铁夹杂物具有很高的脆硬性，并呈棱角几何形状，在 钢基体热变形时，氮化铁棱角未发生大的变形，因而棱角与在钢基体接触处出现微小空桐， 也就是在钢中形成微裂纹，使轴承运行中造成应力集中而诱导疲劳裂纹扩展、掉块，降低轴 承寿命。 阳0化]钢中N元素部分随炉料进入，大部分则在冶炼过程中从炉气中吸入，主要在W下 3~4阶段（冶炼阶段）：①转炉、电炉冶炼时，各种原材料带入N元素；②初炼炉钢水出钢 过程中，钢液吸气；③精炼炉加热时电弧将空气电离，使部分N离子进入钢液中，钢液吸附 N离子；④连铸过程中，钢液吸气。
[0006] 进入钢中的N元素在随后的冶炼过程中较难去除，即使采取对钢液抽真空脱气工 艺，也仅能降低钢中N含量的25~30%，故只有从源头杜绝N元素进入钢液才能降低钢中 N含量。
[0007] 现有技术中设及控制轴承钢G化15中N含量的专利主要为：专利"一种极纯高碳铭 轴承钢的冶炼生产方法"（专利号：ZL200510027394. 3)主要是：采用高纯轴承钢巧料（氧、 氮含量《7卵m、70ppm) +真空感应炉精炼+真空自耗炉精炼工艺，该专利不适合常规大批量 轴承钢生产。专利"一种高清洁高碳铭轴承钢的生产方法"（专利号：ZL200410025102. 5) 采用五步法流程：①精选配料；②）> 30吨电炉初炼钢液；③钢包炉精炼钢液：前期吹氣 强度0. 4MPa，后期0. 3MPa;物料加入量《8Kg/吨钢；两步喂侣法沉淀脱氧；向渣面加结晶 娃粉、巧石（含氣化巧> 98% )的扩散脱氧；④真空炉处理：真空度《140Pa、25min+底吹 氣弱揽拌15min;⑥在惰性气氛下钢液模铸，该专利为常规轴承钢生产工艺，并没有具体针 对降低G化15钢中N含量的工艺措施。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种控制G化15轴承钢中N含量的方法，W降低G化15轴 承钢中的N含量。
[0009] 为实现上述目的，本发明所设计的控制G化15轴承钢中N含量的方法，其特殊之处 在于：包括W下步骤：
[0010] 1)首先在初炼炉冶炼G化15轴承钢时，控制出钢前钢液中碳含量范围在0. 40~ 0. 70% ； W11]。初练炉出钢时，控制钢液溫度范围在1560~1610°C;
[0012] 3)钢包精炼LF炉电极加热起弧后，用揪将碳粉铺散加到精炼渣上面，碳粉重量控 制为精炼渣量的2~6%，造泡沫渣；电极埋弧加热钢液10~15min，使精炼钢液溫度控制 在 1545 ~1585°C;
[0013] 4)钢液通过RH炉或VD炉进行真空脱气处理，保持系统真空度在67化W下12~ 20min，循环或揽拌促使钢液脱气；真空脱气处理结束后进行软吹Ar，软吹Ar时间控制在 20~30min，Ar气压力在0. 2~0. 3MPa，根据钢包大小，软吹Ar气流量在50~200mVmin;
[0014] 5)连铸采用保护诱铸，钢包长水口接头采用螺旋吹Ar密封，Ar气压力在0. 1~ 0. 2MPa，流量W中间包受钢区渣面轻微波动为准；根据结晶器断面尺寸，控制整体侵入式水 口插入结晶器钢水深度在90~140mm。 阳015] 进一步地，所述步骤1)中，控制出钢前钢液中碳含量范围在0. 50~0. 70%。
[0016] 进一步地，所述步骤3)中，碳粉重量控制为精炼渣量的3~5% ;精炼钢液溫度控 制在 1550 ~1575°C。
[0017] 进一步地，所述步骤4)中，保持系统真空度在67化W下12~15min;软吹Ar时 间控制在20~25min。
[0018] 进一步地，所述步骤2)中，控制钢液溫度在1570~1600°C。
[0019] 进一步地，所述步骤5)中，将水口插入结晶器钢水深度控制在：100~140mm。
[0020] 本发明其核屯、内容就是利用现在冶金工艺装备、技术、材料等进步，从节能环保角 度出发，钢液初炼采用"高拉碳出钢"，即可减少co、c〇2气体排放，又可降低钢中夹杂物原始 含量；
[0021] "低溫出钢"是因为钢液溫度越高、吸气量越大，而出钢过程则钢液裸露在大气中， 吸气是不可避免的，所W在出钢时将钢液溫度控制在下限，运样减少吸N并节约能源，但同 时必须保证有足够的热能来溶化脱氧剂、铁合金； 阳02引精炼LF炉电极加热钢液时，会产生强烈的电弧光，该电弧光将空气中的成气电离 成N离子，从而进入钢液，故而在LF炉精炼造渣时加少量碳份，使精炼渣呈泡沫状、增加渣 层厚度，阻止弧光外漏、钢液升溫快；另外，泡沫渣可使电弧与钢液接触起弧区空气稀薄，弧 光高溫区电离的N少，减少钢液吸N。
[0023] 因此，与现有技术相比，本发明有益效果是：
[0024] 其一：在出钢关键环节采取"高碳低溫出钢"新技术，无需改造任何生产设备、无需 对现有生产工艺作重大调整，即可节约能源保护环境、降低成本，又可减少裸露钢液在空气 中吸收成气，从而达到降低轴承钢G化15中N含量的目的；
[00巧]其二，在精炼时用揪将碳粉均匀铺散加入LF炉，造泡沫渣，使电极埋弧加热，同样 是节能降耗、降低钢液吸N过程，本工序操作简便、实用强；
[00%] 其Ξ，采用真空处理、连铸保护诱铸均为降低钢中N含量必不可少的措施；
[0027] 其四，本发明对G化15轴承钢冶炼各过程吸N都进行阻止、控制，同时操作简单、节 约能源保护环境、降低成本，又提高了产品的性价比和市场竞争力。采用本技术，可将G化15 钢中N含量控制在[闲《0. 0050 %。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
[0029] 高碳铭轴承钢GCrl5标准成分范围：的：0.95~1.05%，[Si] :0. 15~0.35%， [Μη] :0. 25 ~0. 45 %，[Cr] :1. 40 ~1. 65 %，[P]:《0. 025 %，[S]:《0. 025 %，[Mo]: 《0. 10%，帆]:《0. 30%，[Cu]0. 25%，[0]0. 0012%，其余为铁和杂质，标准中未 对[闲做具体要求；
[0030] 控制G化15轴承钢中N含量的方法，包括W下步骤：
[0031] 1)首先在初炼炉冶炼G化15轴承钢时，控制出钢前钢液中碳含量范围在0. 40~ 0. 70% ； 阳03引。初练炉出钢时，控制钢液溫度范围在1560~1610°C;
[0033] 3)钢包精炼LF炉电极加热起弧后，用揪将碳粉铺散加到精炼渣上面，碳粉重量控 制为精炼渣量的2~6%，造泡沫渣；电极埋弧加热钢液10~15min，使精炼钢液溫度控制 在 1545 ~1585°C;
[0034] 4)钢液通过RH炉或VD炉进行真空脱气处理，保持系统真空度在67化W下12~ 20min，循环或揽拌促使钢液脱气；真空脱气处理结束后进行软吹Ar，软吹Ar时间控制在 20~30min，Ar气压力在0. 2~0. 3MPa，根据钢包大小，软吹Ar气流量在50~200mVmin;
[0035] 5)连铸采用保护诱铸，钢包长水口接头采用螺旋吹Ar密封，Ar气压力在0. 1~ 0. 2MPa，流量W中间包受钢区渣面轻微波动为准；根据结晶器断面尺寸，控制整体侵入式水 口插入结晶器钢水深度在90~140mm。
[0036] 具体实施例及相关检测参数如下： 阳〇37] 实施例1 阳03引转炉冶炼、出钢量约15化，连铸巧断面尺寸为：200X200mm;
[0039] 转炉出钢前取样分析成分：[C] :0. 61 %，的：0. 013 %，凹：0. 029 %，[闲： 0. 0032% ； W40] 出钢前测溫：1600°C;
[0041] 钢包精炼LF炉渣量约1. 8t，加热起弧后用揪将60Kg碳粉铺散加入精炼渣上面 (重量比：3. 3% )，造泡沫渣，渣厚约450mm;加热钢液13min，钢液溫度：1557°C;取样分析： [闲：0. 0052% ;
[0042] 钢液在RH炉真空处理，系统真空度在67化W下保持12min，整个真空处理时 间21min;软吹Ar时间：20min，Ar气压力：0. 26M