一种中高温重载轴承钢及其生产工艺的制作方法

本发明涉及钢铁冶金，具体涉及一种中高温重载轴承钢及其生产工艺。

背景技术：

1、轴承是现代工业的重要基础部件，其主要功能是支撑机械旋转体，降低机械运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。轴承钢是轴承的基础材料近年来，其质量直接决定轴承的使用寿命和运行质量。

2、随着机械设备及其部件内的轴承在高速运转时温度升高，其使用环境也变得更加严酷，在实际工况中轴承的使用环境温度对其使用寿命影响较大。高碳铬轴承钢代表牌号gcr15的最高使用温度也只有170～180℃。再提高工作温度，由于高温硬度降低、尺寸不稳定、寿命缩短，已不适应现代工业发展对轴承使用温度提高的迫切需要。

3、针对高速(变速)、重载、腐蚀等不同应用环境，需要开发高性能、低成本、高可靠性的轴承钢及其生产工艺。然而目前并没有就高载荷条件开发专用的轴承钢，以gcr15为例，在常温重载条件下其耐磨性能与硬度、原材料本身的夹杂物、碳化物的不均匀性密切相关。当摩擦温度升高时时，钢的基体也会发生软化，其耐磨性降低，其疲劳寿命受材料的高温强度、抗氧化性能、回火稳定性等影响较大。因此高温重载轴承钢的研发需要考虑上述问题。

技术实现思路

1、针对现有轴承钢适用温度较低、耐磨性较低的技术问题，本发明提供一种中高温重载轴承钢及其生产工艺。

2、第一方面，本发明提供一种中高温重载轴承钢的生产工艺，步骤包括；

3、(1)配料：按照质量百分数计，化学成分包括

4、c：0.95％～1.05％，si：0.30％～0.60％，mn：0.25％～0.45％，cr：1.40％～1.65％，mo：0.20％～0.80％，v：0.10％～0.15％，re：0.0020％～0.0100％，s≤0.005％，p≤0.015％，als≤0.035％，ti≤0.0015％，o≤0.0006％，ca≤0.0010％，余量为fe和不可避免的杂质；

5、(2)初炼炉冶炼：初炼炉冶炼出钢温度≥1580℃，终点碳含量≥0.20％；

6、(3)lf炉精炼+vd/rh真空脱气处理：lf精炼渣控制cao/al2o3为1.2～2.0，底吹氩气流量进行分阶段控制；真空处理的真空度≤67pa，时间≥20min；软吹时间≥20min；

7、(4)连铸：全程保护浇铸，铸坯下线缓冷时间≥24h；

8、(5)控轧控冷：铸坯加热温度为1200～1250℃，终扎温度为800～900℃，轧后控冷，上冷床温度≤700℃。

9、进一步的，步骤(3)中，lf供电过程中精炼炉氩气流量为50～100nl/min，取样期精炼炉氩气流量为500～1000nl/min，出钢前精炼炉氩气流量为30～50nl/min。进一步的，步骤(3)中通过精炼渣调控、真空处理以及吹氩气的处理保证轴承钢中游离氧含量≤2ppm。

10、进一步的，步骤(4)中保护浇铸包括：钢包内钢水液面保护，大包至中间包注流的保护，中间包内钢水液面的保护，中间包至结晶器间的保护，结晶器内的防氧化与吸附夹杂物。

11、进一步的，钢包内钢水液面保护通过钢包加盖以及使用具有保温和吸附夹杂物的钢包覆盖剂进行保护；大包至中间包注流的保护通过钢包长水口设计、形状、密封垫进行保护；中间包内钢水液面的保护通过双层覆盖剂进行保护；中间包至结晶器间的保护通过水口和氩气进行保护。

12、进一步的，步骤(5)中铸坯的保温时间按照铸坯的直径确定，保温时间≥8min/mm。

13、第二方面，本发明提供一种采用上述方法生产的中高温重载轴承钢。

14、进一步的，中高温重载轴承钢氧含量≤6ppm，在同一截面的碳元素偏析为0.01％～0.02％；几乎没有宏观夹杂物，微观夹杂物细小均匀。

15、进一步的，中高温重载轴承应用环境温度为150～250℃，许用接触应力为4gpa以上。

16、本发明的有益效果在于：

17、(1)本发明为了保证中高温重载工作条件下轴承钢的使用寿命，在保证高强钢力学性能的同时，提出了“增mo加v、稀土处理”的成分设计思路，以达到提高轴承钢高温强度的效果，同时还可以提高固溶强化尤其是沉淀硬化的效果，使淬火温度提高和回火过程推迟，因而其耐磨性、高温硬度、抗回火稳定性、尺寸稳定性及高温接触疲劳寿命大大优于gcr15钢，有利于改善钢在重载条件下的疲劳失效。

18、(2)本发明在控制初炼炉终点以减少钢水氧含量的条件下，通过精炼渣调控、真空处理及软吹工艺优化等措施，保证轴承钢中游离氧含量不高于2ppm，并通过稀土处理等措施控制钢中夹杂物形态，以提高轴承钢疲劳寿命。

19、(3)本发明通过控制加热温度与加热时间，保证了钢中碳元素的扩散、推迟碳化物的析出及奥氏体的分解，解决了钢中碳化物不均匀性的问题，控制终轧温度和采用控冷技术，保证了轴承钢的组织细化并具备了良好的力学性能。

20、(4)本发明所述中高温重载轴承钢采用合理的成分设计，在提高钢水洁净度的同时，促进夹杂物的细化与弥散分布，采用控轧控冷工艺，保证了碳化物均匀性和组织细化，适用于工作温度150～250℃、许用接触应力4gpa以上级别的工作条件。

技术特征：

1.一种中高温重载轴承钢的生产工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种中高温重载轴承钢的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中，lf供电过程中精炼炉氩气流量为50～100nl/min，取样期精炼炉氩气流量为500～1000nl/min，出钢前精炼炉氩气流量为30～50nl/min。

3.如权利要求1所述的一种中高温重载轴承钢的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中通过精炼渣调控、真空处理以及吹氩气的处理保证轴承钢中游离氧含量≤2ppm。

4.如权利要求1所述的一种中高温重载轴承钢的生产工艺，其特征在于，步骤(4)中保护浇铸包括：钢包内钢水液面保护，大包至中间包注流的保护，中间包内钢水液面的保护，中间包至结晶器间的保护，结晶器内的防氧化与吸附夹杂物。

5.如权利要求4所述的一种中高温重载轴承钢的生产工艺，其特征在于，钢包内钢水液面保护通过钢包加盖以及使用具有保温和吸附夹杂物的钢包覆盖剂进行保护；大包至中间包注流的保护通过钢包长水口设计、形状、密封垫进行保护；中间包内钢水液面的保护通过双层覆盖剂进行保护；中间包至结晶器间的保护通过水口和氩气进行保护。

6.如权利要求1所述的一种中高温重载轴承钢的生产工艺，其特征在于，步骤(5)中铸坯的保温时间按照铸坯的直径确定，保温时间≥8min/mm。

7.一种如权利要求1所述的生产工艺制备的中高温重载轴承钢。

8.如权利要求7所述的一种中高温重载轴承钢，其特征在于，中高温重载轴承钢氧含量≤6ppm，在同一截面的碳元素偏析为0.01％～0.02％。

9.如权利要求7所述的一种中高温重载轴承钢，其特征在于，中高温重载轴承应用环境温度为150～250℃，许用接触应力为4gpa以上。

技术总结
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种中高温重载轴承钢及其生产工艺。生产工艺包括以下步骤：配料、初炼炉冶炼、LF炉精炼+VD/RH真空脱气处理、连铸、控轧控冷。本发明所述中高温重载轴承钢采用合理的成分设计，在提高钢水洁净度的同时，促进夹杂物的细化与弥散分布，采用控轧控冷工艺，保证了碳化物均匀性和组织细化，适用于工作温度150～250℃、许用接触应力4GPa以上级别的工作条件。

技术研发人员：孙宗辉,许荣昌,闫应娇,谢晖,王毅,楚世豪,孙根领,刘成宝,邵正伟,韩杰
受保护的技术使用者：山东钢铁股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14