一种不锈轴承钢制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种不锈轴承钢制备方法，采用电炉初炼钢液、底吹氩钢包炉精炼、真空炉脱气及模铸工艺。其组成按重量百分比为，0.9-0.95％的碳，0.80-0.85％的硅，0.6-0.8％的钪，0.3-0.35％的锰，小于0.025％的硫，小于0.02％的磷，0.15-0.3％的钼，3.5-4.0％的铬，0.01-0.02％的氮，0.1-0.2％的镍，0.03-0.05％的硼，0.02-0.03％的铌，0.02-0.03％的钒及余量的铁。并且在进行顶渣的钢液扩散脱氧中，将一定量的高岭土混入铁硅粉中，能够有效的降低合金中的氧含量。
【专利说明】一种不锈轴承钢制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于合金材料领域，特别是指一种高碳铬不锈轴承钢制备方法。
【背景技术】
[0002]轴承钢分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢四大类。
[0003]在轴承零部件中，转动部分一般以暴露于比较温和的腐蚀环境中使用，根据其使用要求，有时不能使用防锈剂和润滑剂。因此，现轴承钢使用状态下的组织体应当是回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒。
[0004]轴承破坏最常见形式为接触疲劳破坏，主要是因为产生局部应力而出现疲劳裂纹的发生和发展。通过研究表明，轴承的接触疲劳破坏同轴承钢内的洁净度和D类物质的夹杂量有关。现国外技术已经能够实现轴承钢内的氧含量低于10PPM，国内也有少数厂家能够实现这一要求，现也有理论宣称轴承钢的目标为无氧或氧含量低于5PPM，实现真正的洁净度，然而当氧的含量低于7PPM时，其接触疲劳性能并没有因为氧含量的降低而增加，轴承钢内的D类物质夹杂成为影响轴承钢疲劳裂纹的发生和发展的主要因素。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种不锈轴承钢制备方法，通过本技术方案，能够实现提高轴承洁净度，降低轴承钢中的氧含量，提高轴承钢的抗疲劳裂纹，延长轴承的寿命。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种不锈轴承钢制备方法，采用电炉初炼钢液、底吹氩钢包炉精炼、真空炉脱气及模铸工艺；包括有以下步骤，
[0008]第一步，在EBT型电炉中进行钢液的初炼；
[0009]首先加入经过计算原料组成中的铁、铁铬中间合金的一半及铁钥;中间合金，通电熔化金属原材料，输入氧气加速熔化；
[0010]待原料熔化后喷入焦碳粉造泡沫渣，造渣高度为550-650mm，并及时流渣并补加石灰，以降低出钢时的磷含量；钢液温度在1610-1620°C时保温30分钟后采用留钢留渣方式出钢，留钢量为总出钢量的8-10%，出渣量为总渣量的10-15% ；
[0011]电炉出钢时在钢包内进行合金化及脱氧操作，当出钢量达到总出钢量的50%左右时向钢包内加入锰铁中间合金、钥铁中间合金、余下的铬铁中间合金、钪铁合金、硼砂、镍铁中间合金及铌铁中间合金；
[0012]第二步在容量与电炉相匹配的LF钢包精炼炉中，按单渣法脱氧、脱硫及脱除杂物；在精炼全过程进行底吹氩精炼钢液，在吹氩气过程中控制钢液不裸露渣面，按铁硅粉重量百分比的3-5%的非粘土矿物高岭土与铁硅粉混合后进行顶渣的钢液扩散脱氧，控制温度在1610-1620°C，并在吹入的氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气3_5分钟后进入VD工位，在此工序中不加入铝线；
[0013]第三步，在VD真空炉中对钢液进行真空处理，在此过程中避免钢液产生大的沸腾，在真空度达到80-120帕后保持20-25分钟后吹入氩气与氮气的混合气体15-20分钟清洗及强化钢液，混合气体为氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气；当钢液温度在1520-1530°C时开始进行浇铸；
[0014]第四步，浇铸，在浇铸及后期的冷却全过程中进行氩气全封闭保护浇铸；在冷却过程中，首先进行恒温冷却到910-930°C后进行模具内冷却。
[0015]浇铸时分两包浇铸，第一包的浇铸温度为1515_1530°C，第二包的浇铸温度为1500-1510°C。
[0016]所述原料组成按重量百分比为，0.9-0.95%的碳，0.80-0.85%的硅，0.6_0.8%的钪，0.3-0.35 %的锰，小于0.025 %的硫，小于0.02 %的磷，0.15-0.3 %的钥，3.5-4.0 %的铬，0.01-0.02 % 的氮，0.1-0.2 % 的镍，0.03-0.05 % 的硼，0.02-0.03 % 的铌，0.02-0.03 %
的钥;及余量的铁。
[0017]所述高岭土的粒径小于300目。
[0018]所述高岭土为经过低温煅烧后的高岭土。
[0019]所述不锈轴承钢中马氏体中的碳含量按重量百分比为0.4-0.45%。
[0020]所述不锈轴承钢，其氧含量低于7PPM。
[0021]所述的锰、钥、铬、镍、钪、铌和钒分别以锰铁中间合金、钥铁中间合金、铬铁中间合金、镍铁中间合金、钪铁中间合金、铌铁中间合金及钒铁中间合金的方式加入。
[0022]本发明同现有技术相比的有益效果为:
[0023]本发明的技术方案中，仅在第二步进行顶渣的钢液扩散脱氧过程中，加入非粘土矿物高岭土粉，就能够有效的降低产品中的氧含量。
【具体实施方式】
[0024]以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，应当理解的是，以下的实施例仅能解释为是对本发明技术方案的解释和说明而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
[0025]在本发明中，碳的作用一部分存在于马氏体基体中以强化马氏体；另一部分形成足够数量的碳化物以获得所要求的耐磨性能，但过高的碳含量会增加碳化物的分布不均匀，且易生成网状碳化物而降低其性能；若碳含量过低则不能形成足够的马氏体，形成碳化物的量不足。
[0026]碳化物通能以细小质点均匀分布于钢基体组织中，即可提高钢的回火稳定性又可提高钢的硬度，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。
[0027]铬的作用有利于提高钢的淬透性和钢的耐腐蚀性能，钢中部分铬形成的合金渗碳体(Fe，Cr)3C在淬火加热时溶解度较慢，可减少过热倾向，经热处理后可以得到较细的组织。
[0028]加入其它合金元素以提高淬透性，适量的硅还能明显提高钢的强度和弹性极限。
[0029]加入钒，一部分溶于轴承钢中的奥氏体中以提高淬透性；另一部分形成碳化钒以提高钢的耐磨性能并防止过热形变。
[0030]硅和锰有破坏和减小网状碳化物的作用。
[0031]在本申请的组成中，加入钪元素，是利用钪元素能够提高合金的耐腐蚀性且能够承受高温的性能。
[0032]在本发明中通过提高硅的含量并加入钒和铌来达到抗软化和稳定尺寸的目的。
[0033]在本发明的技术方案中，加入氮一部分作用于轴承钢中的奥氏体中以提高耐蚀性能，另一部分作用于马氏体中起到强化元素作用。
[0034]本发明的技术来源是， 申请人:在进行生产过程中，一直采用的是铁硅粉进行顶渣的钢液扩散脱氧，这也是现采用的技术方案，但是在生产中，将混入非粘土矿物高岭土的铁硅粉加入到炉中，其余的过程同现有技术的区别不多，但是在采样后得到的结果同以前生产的产品品质不同，除了在耐高温及耐腐蚀方面提高外，氧含量降低了接近一半。
[0035]为此在进行分析时发现，只是在应当加入铁硅粉时加入了含有非粘土矿物高岭土的铁硅粉，针对这一方面， 申请人:进行了大量的分析，首先，再次按高岭土与铁硅粉混合添力口，得到产品的含氧量降低。 申请人:为此选用了多种矿物质进行试验，均没有明显的效果， 申请人:选用的矿物质比如云母粉、石英粉、煤矸石、蒙脱石、粘土等均没有实现高岭土的效果O
[0036] 申请人:对高岭土的用量进行实验，当使用的高岭土用量按重量百分比为铁硅粉的10%或以上时，产品中氧的量降低很少，而且，产品的性能同不使用高岭土时的性能不同，脆性增加。
[0037] 申请人:通过反复的实验，确定高岭土的用量按重量百分比为铁硅粉的3-5%时，降低氧含量的效果最好，且不影响产品的其它方面特性。
[0038]实施例1
[0039]一种不锈轴承钢制备方法，采用电炉初炼钢液、底吹氩钢包炉精炼、真空炉脱气及模铸工艺；
[0040]配料，按组成按重量百分比为，0.9%的碳，0.80%的硅，0.6%的钪，0.3%的锰，小于0.025 %的硫，小于0.02 %的磷，0.15 %的钥，3.5 %的铬，0.01 %的氮，0.1 %的镍，
0.03%的硼，0.02%的铌，0.02%的钒及余量的铁进行配料；
[0041]第一步，在EBT型电炉中进行钢液的初炼；
[0042]首先加入经过计算的铁、铁铬中间合金的一半及铁钒中间合金，通电熔化金属原材料，输入氧气加速熔化；
[0043]待原料熔化后喷入焦碳粉造泡沫渣，造渣高度为550-650mm，并及时流渣并补加石灰，以降低出钢时的磷含量；钢液温度在1610-1620°C时保温30分钟后采用留钢留渣方式出钢，留钢量为总出钢量的8-10%，出渣量为总渣量的10-15% ；
[0044]电炉出钢时在钢包内进行合金化及脱氧操作，当出钢量达到总出钢量的50%左右时向钢包内加入锰铁中间合金、钥铁中间合金、余下的铬铁中间合金、钪铁合金、硼砂、镍铁中间合金及铌铁中间合金；
[0045]第二步在容量与电炉相匹配的LF钢包精炼炉中，按单渣法脱氧、脱硫及脱除杂物；在精炼全过程进行底吹氩精炼钢液，在吹氩气过程中控制钢液不裸露渣面，按铁硅粉重量百分比的3%的300目非粘土矿物高岭土粉与铁硅粉混合后进行顶渣的钢液扩散脱氧，控制温度在1610-1620°C，并在吹入的氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气3_5分钟后进入VD工位，在此工序中不加入铝线；
[0046]第三步，在VD真空炉中对钢液进行真空处理，在此过程中避免钢液产生大的沸腾，在真空度达到80-120帕后保持20-25分钟后吹入氩气与氮气的混合气体15-20分钟清洗及强化钢液，混合气体为氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气；当钢液温度在1520-1530°C时开始进行浇铸；
[0047]第四步，浇铸，浇铸时分两包浇铸，第一包的浇铸温度为1515_1530°C，第二包的浇铸温度为1500-1510°C，在浇铸及后期的冷却全过程中进行氩气全封闭保护浇铸；在冷却过程中，首先进行恒温冷却到910-930 °C后进行模具内冷却。
[0048]对所得到的产品进行氧含量检测，氧含量为7.4 PPM。
[0049]实施例2
[0050]一种不锈轴承钢制备方法，采用电炉初炼钢液、底吹氩钢包炉精炼、真空炉脱气及模铸工艺；
[0051]配料，按组成按重量百分比为，0.95%的碳，0.85%的硅，0.8%的钪，0.35 %的锰，小于0.025 %的硫，小于0.02 %的磷，0.3%的钥，4.0 %的铬，0.02 %的氮，0.2 %的镍，
0.05%的硼，0.03%的铌，0.03%的钒及余量的铁进行配料；
[0052]第一步，在EBT型电炉中进行钢液的初炼；
[0053]首先加入经过计算的铁、铁铬中间合金的一半及铁钒中间合金，通电熔化金属原材料，输入氧气加速熔化；
[0054]待原料熔化后喷入焦碳粉造泡沫渣，造渣高度为550-650mm，并及时流渣并补加石灰，以降低出钢时的磷含量；钢液温度在1610-1620°C时保温30分钟后采用留钢留渣方式出钢，留钢量为总出钢量的8-10%，出渣量为总渣量的10-15% ；
[0055]电炉出钢时在钢包内进行合金化及脱氧操作，当出钢量达到总出钢量的50%左右时向钢包内加入锰铁中间合金、钥铁中间合金、余下的铬铁中间合金、钪铁合金、硼砂、镍铁中间合金及铌铁中间合金；
[0056]第二步在容量与电炉相匹配的LF钢包精炼炉中，按单渣法脱氧、脱硫及脱除杂物；在精炼全过程进行底吹氩精炼钢液，在吹氩气过程中控制钢液不裸露渣面，按铁硅粉重量百分比的5%的400目非粘土矿物高岭土粉与铁硅粉混合后进行顶渣的钢液扩散脱氧，控制温度在1610-1620°C，并在吹入的氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气3_5分钟后进入VD工位，在此工序中不加入铝线；
[0057]第三步，在VD真空炉中对钢液进行真空处理，在此过程中避免钢液产生大的沸腾，在真空度达到80-120帕后保持20-25分钟后吹入氩气与氮气的混合气体15-20分钟清洗及强化钢液，混合气体为氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气；当钢液温度在1520-1530°C时开始进行浇铸；
[0058]第四步，浇铸，浇铸时分两包浇铸，第一包的浇铸温度为1515_1530°C，第二包的浇铸温度为1500-1510°C，在浇铸及后期的冷却全过程中进行氩气全封闭保护浇铸；在冷却过程中，首先进行恒温冷却到910-930 °C后进行模具内冷却。
[0059]对所得到的产品进行氧含量检测，氧含量为6.9PPM。
[0060]实施例3
[0061]一种不锈轴承钢制备方法，采用电炉初炼钢液、底吹氩钢包炉精炼、真空炉脱气及模铸工艺；
[0062]配料，按组成按重量百分比为，0.93%的碳，0.82%的硅，0.65%的钪，0.33 %的锰，小于0.025 %的硫，小于0.02 %的磷，0.2 %的钥，3.7 %的铬，0.015 %的氮，0.15 %的镍，0.04%的硼，0.025%的铌，0.022%的钒及余量的铁进行配料；
[0063]第一步，在EBT型电炉中进行钢液的初炼；
[0064]首先加入经过计算的铁、铁铬中间合金的一半及铁钒中间合金，通电熔化金属原材料，输入氧气加速熔化；
[0065]待原料熔化后喷入焦碳粉造泡沫渣，造渣高度为550-650mm，并及时流渣并补加石灰，以降低出钢时的磷含量；钢液温度在1610-1620°C时保温30分钟后采用留钢留渣方式出钢，留钢量为总出钢量的8-10%，出渣量为总渣量的10-15% ；
[0066]电炉出钢时在钢包内进行合金化及脱氧操作，当出钢量达到总出钢量的50%左右时向钢包内加入锰铁中间合金、钥铁中间合金、余下的铬铁中间合金、钪铁合金、硼砂、镍铁中间合金及铌铁中间合金；
[0067]第二步在容量与电炉相匹配的LF钢包精炼炉中，按单渣法脱氧、脱硫及脱除杂物；在精炼全过程进行底吹氩精炼钢液，在吹氩气过程中控制钢液不裸露渣面，按铁硅粉重量百分比的4%的450目非粘土矿物高岭土粉与铁硅粉混合后进行顶渣的钢液扩散脱氧，控制温度在1610-1620°C，并在吹入的氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气3_5分钟后进入VD工位，在此工序中不加入铝线；
[0068]第三步，在VD真空炉中对钢液进行真空处理，在此过程中避免钢液产生大的沸腾，在真空度达到80-120帕后保持20-25分钟后吹入氩气与氮气的混合气体15-20分钟清洗及强化钢液，混合气体为氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气；当钢液温度在1520-1530°C时开始进行浇铸；
[0069]第四步，浇铸，浇铸时分两包浇铸，第一包的浇铸温度为1515_1530°C，第二包的浇铸温度为1500-1510°C，在浇铸及后期的冷却全过程中进行氩气全封闭保护浇铸；在冷却过程中，首先进行恒温冷却到910-930 °C后进行模具内冷却。
[0070]对所得到的产品进行氧含量检测，氧含量为7.1 PPM。
【权利要求】
1.一种不锈轴承钢制备方法，采用电炉初炼钢液、底吹氩钢包炉精炼、真空炉脱气及模铸工艺；其特征在于:包括以下步骤， 第一步，在EBT型电炉中进行钢液的初炼； 首先加入经过计算的原料组成中的铁、铁铬中间合金的一半及铁钒中间合金，通电熔化金属原材料，输入氧气加速熔化； 待原料熔化后喷入焦碳粉造泡沫渣，造渣高度为550-650mm，并及时流渣并补加石灰，以降低出钢时的磷含量；钢液温度在1610-1620°C时保温30分钟后采用留钢留渣方式出钢，留钢量为总出钢量的8-10%，出渣量为总渣量的10-15% ； 电炉出钢时在钢包内进行合金化及脱氧操作，当出钢量达到总出钢量的50%左右时向钢包内加入锰铁中间合金、钥铁中间合金、余下的铬铁中间合金、钪铁合金、硼砂、镍铁中间合金及银铁中间合金； 第二步在容量与电炉相匹配的LF钢包精炼炉中，按单渣法脱氧、脱硫及脱除杂物；在精炼全过程进行底吹氩精炼钢液，在吹氩气过程中控制钢液不裸露渣面，按铁硅粉重量百分比的3-5%的非粘土矿物高岭土与铁硅粉混合后进行顶渣的钢液扩散脱氧，控制温度在1610-1620°C，并在吹入的氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气3_5分钟后进入VD工位，在此工序中不加入铝线； 第三步，在VD真空炉中对钢液进行真空处理，在此过程中避免钢液产生大的沸腾，在真空度达到80-120帕后保持20-25分钟后吹入氩气与氮气的混合气体15-20分钟清洗及强化钢液，混合气体为氩气中加入按体积比为3:1的纯氮气；当钢液温度在1520-1530°C时开始进行浇铸； 第四步，浇铸，在浇铸及后期的冷却全过程中进行氩气全封闭保护浇铸；在冷却过程中，首先进行恒温冷却到910-930 °C后进行模具内冷却。
2.根据权利要求1所述的不锈轴承钢制备方法，其特征在于:浇铸时分两包浇铸，第一包的浇铸温度为1515-1530°C，第二包的浇铸温度为1500-1510°C。
3.根据权利要求1所述的不锈轴承钢制备方法，其特征在于:所述原料组成按重量百分比为，0.9-0.95 %的碳，0.80-0.85 %的硅，0.6-0.8 %的钪，0.3-0.35 %的锰，小于 0.025% 的硫，小于 0.02% 的磷，0.15-0.3% 的钥，3.5-4.0% 的铬，0.01-0.02% 的氮，0.1-0.2%的镍，0.03-0.05%的硼，0.02-0.03%的铌，0.02-0.03%的钒及余量的铁。
4.根据权利要求1所述的不锈轴承钢制备方法，其特征在于:所述高岭土的粒径小于300 目。
5.根据权利要求4所述的不锈轴承钢制备方法，其特征在于:所述高岭土为经过低温煅烧后的高岭土。
6.根据权利要求1所述的不锈轴承钢制备方法，其特征在于:所述不锈轴承钢中马氏体中的碳含量按重量百分比为0.4-0.45%。
7.根据权利要求1所述的不锈轴承钢制备方法，其特征在于:所述不锈轴承钢，其氧含量低于7PPM。
8.根据权利要求3所述的不锈轴承钢制备方法，其特征在于:所述的猛、钥、铬、镍、钪、铌和钒分别以锰铁中间合金、钥铁中间合金、铬铁中间合金、镍铁中间合金、钪铁中间合金、铌铁中间合金及钒铁中间合金的方式加入。
【文档编号】C22C33/06GK104264031SQ201410468169
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】胡国良 申请人:奉化市金燕钢球有限公司