阅读说明：本技术 一种提高轴承钢纯净度的生产工艺 (Production process for improving purity of bearing steel ) 是由 谷志敏 杨立永 刘勇 刘炜 郝增林 陈良勇 李荣祥 骆玉涵 霍彦朋 高鹏 李凯 于 2019-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高轴承钢纯净度的生产工艺,其包括冶炼、LF精炼、VD真空处理和浇铸工序,所述LF精炼工序：采用高铝系精炼渣；精炼前期底吹氩气100～150NL/min,精炼中期底吹氩气300～350NL/min,精炼后期底吹氩气150～200NL/min；所述VD真空处理工序：VD软吹结束后,静置15～20min；所述浇铸工序：在钢包水口底部设有球面结构。本工艺通过使用高铝系精炼渣、优化LF精炼过程底吹氩制度、VD增加静置脱氧技术、大包浇注采用球面水口保护浇注技术,提高了轴承钢的纯净度；所得轴承钢中氧含量低、夹杂物少且细小,符合高端轴承钢性能要求。(The invention discloses a production process for improving the purity of bearing steel, which comprises the working procedures of smelting, LF refining, VD vacuum treatment and casting, wherein the working procedure of the LF refining comprises the following steps: adopting high-aluminum refining slag; bottom blowing argon gas at 100-150 NL/min in the early stage of refining, bottom blowing argon gas at 300-350 NL/min in the middle stage of refining, and bottom blowing argon gas at 150-200 NL/min in the later stage of refining; the VD vacuum treatment process comprises the following steps: standing for 15-20 min after VD soft blowing is finished; the casting process comprises the following steps: the bottom of the ladle nozzle is provided with a spherical structure. The process improves the purity of the bearing steel by using high-aluminum refining slag, optimizing a bottom argon blowing system in the LF refining process, increasing a static deoxidation technology by VD (vacuum distillation), and adopting a spherical nozzle protection pouring technology in ladle pouring; the obtained bearing steel has low oxygen content, less and fine inclusions, and meets the performance requirements of high-end bearing steel.)

一种提高轴承钢纯净度的生产工艺

技术领域

本发明属于钢铁工业生产技术领域，尤其是一种提高轴承钢纯净度的生产工艺。

背景技术

具有硬度高、耐磨性好、性质均匀和弹性极限高的性能的高碳铬轴承钢GCr15，是号称“钢中之王”轴承钢的代表钢种，用来制造滚珠、滚柱、轴圈套。对氧含量、夹杂物等要求苛刻。

由于非金属夹杂物容易引起应力集中，所以轴承钢中的非金属夹杂物会成为疲劳裂纹源，降低轴承钢的疲劳寿命。减少钢中夹杂物数量和控制夹杂物尺寸，是提高轴承钢质量、提高轴承寿命的主要途径。而轴承钢中的非金属夹杂物主要以氧化物为主，因此轴承钢氧含量是衡量钢质量的重要指标。综上所述，要提高轴承钢质量及轴承寿命，就要控制钢中的氧含量，控制钢中夹杂物数量和尺寸。传统工艺生产的轴承钢氧含量高，超尺寸夹杂物突出，严重影响了轴承钢质量和轴承使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高轴承钢纯净度的生产工艺，适用于高碳铬轴承钢，以提升轴承钢质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括冶炼、LF精炼、VD真空处理和浇铸工序，其特征在于，所述LF精炼工序：采用高铝系精炼渣；精炼前期底吹氩气100～150NL/min，精炼中期底吹氩气300～350NL/min，精炼后期底吹氩气150～200NL/min；

所述VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置15～20min；

所述浇铸工序：在钢包水口底部设有球面结构。

本发明所述高铝系精炼渣中的主要成分的质量百分含量为：CaO 45～55%，SiO₂ 7~12%，Al₂O₃ 25～36%，其余成分：FeO 0.1～0.5%， MgO 4～8%，TiO ≤0.28%，MnO ≤0.49%，P₂O₅ ≤0.028%，S ≤1.2%，CaF₂≤1.4%。

本发明所述高铝系精炼渣的碱度R=4.0~7.9。

本发明所述精炼前期的时间为5～15min，精炼中期的时间为30～35min，精炼后期的时间为15～20min。

本发明所述钢包水口底部与长水口接触面为球面结构，二者相匹配的接触面高度为20～40mm。这样，可消除了接触面侧较大的间隙，密封效果好，减少钢水的二次氧化。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过使用高铝系精炼渣、优化LF精炼过程底吹氩制度、VD增加静置脱氧技术、大包浇注采用球面水口保护浇注技术，提高了轴承钢的纯净度；所得轴承钢中氧含量低、夹杂物少且细小，符合高端轴承钢性能要求，尤适用于适用于高碳铬轴承钢如GCr15系、SUJ2、C&U1、52100 S300等。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：本提高轴承钢纯净度的生产工艺具体如下所述。

（1）LF精炼工序：采用高铝系精炼渣，按重量份组成为：CaO 46%，SiO₂ 9.7%，Al₂O₃ 36%，其余成分：FeO 0.16%， MgO 8%，TiO 0.04%，MnO 0.07%，P₂O₅ 0，S 0，CaF₂ 0.03%，碱度R=4.7。

精炼过程底吹氩气量使用“小-大-小”的模式：精炼前期时长为6min，底吹氩气60NL/min；精炼中期时长为30min，底吹氩气305NL/min；精炼后期时长为15.5min，底吹氩气155NL/min。

（2）VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置15.5min，以使夹杂物自然上浮。

（3）浇铸工序：钢包水口底部与长水口接触面为球面结构，二者相匹配的接触面高度为22mm，球面直径为钢包水口下端的外径直径，在长水口倾斜过程浇注（倾斜角度＜10°）时，钢包水口与长水口接触面依然可以保持为线接触，在长水口浇注过程中减少钢水吸气，从而减少二次氧化。

实施例2：本提高轴承钢纯净度的生产工艺具体如下所述。

（1）LF精炼工序：采用高铝系精炼渣，按重量份组成为：CaO 45%，SiO₂ 11.3%，Al₂O₃35%，其余成分：FeO 0.1%，MgO 8%，TiO 0.08%，MnO 0.21%，P2O5 0，S 0.16%，CaF2 0.2%，碱度R=4.0。

精炼过程底吹氩气量使用“小-大-小”的模式：精炼前期时长为5min，底吹氩气105NL/min；精炼中期时长为30.5min，底吹氩气300NL/min；精炼后期时长为16min，底吹氩气160NL/min。

（2）VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置16min，以使夹杂物自然上浮。

（3）浇铸工序：钢包水口底部与长水口接触面为球面结构，二者相匹配的接触面高度为24mm，球面直径为钢包水口下端的外径直径，在长水口倾斜过程浇注（倾斜角度＜10°）时，钢包水口与长水口接触面依然可以保持为线接触，在长水口浇注过程中减少钢水吸气，从而减少二次氧化。

实施例3：本提高轴承钢纯净度的生产工艺具体如下所述。

（1）LF精炼工序：采用高铝系精炼渣，按重量份组成为：CaO 48%，SiO₂ 9.0%，Al₂O₃35%，其余成分：FeO 0.22%， MgO 7.2%，TiO 0，MnO 0.23%，P₂O₅ 0.01%，S 0.34%，CaF₂ 0，碱度R=5.3。

精炼过程底吹氩气量使用“小-大-小”的模式：精炼前期时长为11min，底吹氩气110NL/min；精炼中期时长为31min，底吹氩气310NL/min；精炼后期时长为15min，底吹氩气150NL/min。

（2）VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置16.5min，以使夹杂物自然上浮。

（3）浇铸工序：钢包水口底部增加高度为20mm的球面结构，球面直径为钢包水口下端的外径直径，在长水口倾斜过程浇注（倾斜角度＜10°）时，钢包水口与长水口接触面依然可以保持为线接触，在长水口浇注过程中减少钢水吸气，从而减少二次氧化。

实施例4：本提高轴承钢纯净度的生产工艺具体如下所述。

（1）LF精炼工序：采用高铝系精炼渣，按重量份组成为：CaO 50%，SiO₂ 8%，Al₂O₃34%，其余成分：FeO 0.28%， MgO 5.8%，TiO 0.2%，MnO 0，P₂O₅ 0.01%，S 0.51%，CaF₂ 1.2%，碱度R=6.3。

精炼过程底吹氩气量使用“小-大-小”的模式：精炼前期时长为8min，底吹氩气100NL/min；精炼中期时长为32min，底吹氩气320NL/min；精炼后期时长为17min，底吹氩气170NL/min。

（2）VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置15min，以使夹杂物自然上浮。

（3）浇铸工序：钢包水口底部与长水口接触面为球面结构，二者相匹配的接触面高度为28mm，球面直径为钢包水口下端的外径直径，在长水口倾斜过程浇注（倾斜角度＜10°）时，钢包水口与长水口接触面依然可以保持为线接触，在长水口浇注过程中减少钢水吸气，从而减少二次氧化。

实施例5：本提高轴承钢纯净度的生产工艺具体如下所述。

（1）LF精炼工序：采用高铝系精炼渣，按重量份组成为：CaO 52%，SiO₂ 10.5%，Al₂O₃29%，其余成分：FeO 0.34%， MgO 6.01%，TiO 0.16%，MnO 0.49%，P₂O₅ 0.02%，S 0.68%，CaF₂ 0.8%，碱度R=5.0。

精炼过程底吹氩气量使用“小-大-小”的模式：精炼前期时长为15min，底吹氩气135NL/min；精炼中期时长为33.5min，底吹氩气335NL/min；精炼后期时长为18.5min，底吹氩气200NL/min。

（2）VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置18.5min，以使夹杂物自然上浮。

（3）浇铸工序：钢包水口底部与长水口接触面为球面结构，二者相匹配的接触面高度为34mm，球面直径为钢包水口下端的外径直径，在长水口倾斜过程浇注（倾斜角度＜10°）时，钢包水口与长水口接触面依然可以保持为线接触，在长水口浇注过程中减少钢水吸气，从而减少二次氧化。

实施例6：本提高轴承钢纯净度的生产工艺具体如下所述。

（1）LF精炼工序：采用高铝系精炼渣，按重量份组成为：CaO 54%，SiO₂ 11%，Al₂O₃25%，其余成分：FeO 0.4%， MgO 7%，TiO 0.28%，MnO 0.35%，P₂O₅ 0.02%，S 0.55%，CaF₂ 1.4%，碱度R=4.9。

精炼过程底吹氩气量使用“小-大-小”的模式：精炼前期时长为12min，底吹氩气150NL/min；精炼中期时长为34min，底吹氩气340NL/min；精炼后期时长为20min，底吹氩气185NL/min。

（2）VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置19min，以使夹杂物自然上浮。

（3）浇铸工序：钢包水口底部与长水口接触面为球面结构，二者相匹配的接触面高度为36mm，球面直径为钢包水口下端的外径直径，在长水口倾斜过程浇注（倾斜角度＜10°）时，钢包水口与长水口接触面依然可以保持为线接触，在长水口浇注过程中减少钢水吸气，从而减少二次氧化。

实施例7：本提高轴承钢纯净度的生产工艺具体如下所述。

（1）LF精炼工序：采用高铝系精炼渣，按重量份组成为：CaO 54%，SiO₂ 12%，Al₂O₃27%，其余成分：FeO 0.44%， MgO 4%，TiO 0.24%，MnO 0.42%，P₂O₅ 0.02%，S 1.2%，CaF₂ 0.68%，碱度R=4.5。

精炼过程底吹氩气量使用“小-大-小”的模式：精炼前期时长为13min，底吹氩气140NL/min；精炼中期时长为34.5min，底吹氩气350NL/min；精炼后期时长为19min，底吹氩气190NL/min。

（2）VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置19.5min，以使夹杂物自然上浮。

（3）浇铸工序：钢包水口底部与长水口接触面为球面结构，二者相匹配的接触面高度为40mm，球面直径为钢包水口下端的外径直径，在长水口倾斜过程浇注（倾斜角度＜10°）时，钢包水口与长水口接触面依然可以保持为线接触，在长水口浇注过程中减少钢水吸气，从而减少二次氧化。

实施例8：本提高轴承钢纯净度的生产工艺具体如下所述。

（1）LF精炼工序：采用高铝系精炼渣，按重量份组成为：CaO 55%，SiO₂ 7%，Al₂O₃27%，其余成分：FeO 0.5%， MgO 7.6%，TiO 0.2%，MnO 0.28%，P₂O₅ 0.03%，S 1.12%，CaF₂ 1.27%，碱度R=7.9。

精炼过程底吹氩气量使用“小-大-小”的模式：精炼前期时长为14min，底吹氩气145NL/min；精炼中期时长为35min，底吹氩气345NL/min；精炼后期时长为19.5min，底吹氩气195NL/min。

（2）VD真空处理工序：VD软吹结束后，静置20min，以使夹杂物自然上浮。

（3）浇铸工序：钢包水口底部与长水口接触面为球面结构，二者相匹配的接触面高度为38mm，球面直径为钢包水口下端的外径直径，在长水口倾斜过程浇注（倾斜角度＜10°）时，钢包水口与长水口接触面依然可以保持为线接触，在长水口浇注过程中减少钢水吸气，从而减少二次氧化。

性能测试：取市场上的轴承钢三类作为对照组和上述实施例1-3所得三种轴承钢进行测试分析，测试分析的内容包括氧含量和夹杂物，测试分析方法如下所述。

市场上的轴承钢1-3分别为GCr15、SUJ2、C&U1，实施例1-8钢种分别为：GCr15、SUJ2、C&U1、GCr15-JN、GCr15-SK、52100 S300、SUJ2、C&U1。

（1）氧含量检测方法：将实验材做成标准氧氮分析试样，通过氧氮氢分析仪检测钢中氧含量，结果见表1。

表1：实施例和对照组氧含量检测结果

（2）钢中夹杂物分析方法：将实验材做成标准夹杂物分析试样，通过金相显微镜分析钢中夹杂物数量并评级，检测结果见表2。

表2：实施例和对照组夹杂物分析结果

以上检测分析结果表明，本生产工艺所生产的轴承钢，纯净度高，氧含量低，夹杂物细小。