一种高成材率、低氮低氧电渣轴承钢锻件制造工艺

摘要

本发明公开了一种高成材率、低氮低氧电渣轴承钢锻件制造工艺，其过程包括自耗电极，电渣锭，锻造工艺，锻件探伤检验，工艺过程控制生产中自耗电极全氧含量可以达到10ppm以下、氮含量达到40ppm以下，再通过采用连续脱氧工艺抽锭电渣重熔炉，生产6米长的280mm×325mm的电渣方锭，最后经过锻造生产出所需锻件。该种工艺能够连续脱氧、锻造利用率高。采用转炉连铸坯做为自耗电极、连续脱氧、抽锭生产长径比达到18:1的电渣锭，并经过快速锻造成轴承钢锻件，上述锻件生产过程中电渣锭利用率达到99％以上，轴承钢锻件氧含量≤15ppm、氮含量≤40ppm，且能够有效降低生产消耗，提高电渣锭质量，满足高端用户使用要求。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金方法，具体地说是一种采用转炉连铸坯为原料，利用连续脱氧抽 锭式电渣重熔炉生产出超长锭型、低氧低氮轴承钢GCr15电渣方锭，经过改进的锻造工艺生 产优质低耗电渣轴承钢GCr15锻件的方法。

背景技术

轴承钢中夹杂物(主要是氧化物)是降低轴承钢疲劳寿命的一个最主要的因素。因 此，最大限度的去除轴承钢中氧化物夹杂是提高轴承钢疲劳寿命的有效途径。而钢中的氧 含量能直接反应氧化物夹杂的多少，所以必须将轴承钢中的氧含量控制在很低的水平。

目前电渣轴承钢中的氧含量一般控制在20ppm、氮在50ppm左右，并且电渣锭长径 比低于2.5:1，利用率只有90％。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种高成材率、低氮低氧电渣轴承钢锻件制造 工艺，该工艺氧含量低、氮含量低，并且电渣锭长径比高，利用率高。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高成材率、低氮低氧电渣轴承钢锻件制造工艺，其过程包括自耗电极，电渣 锭，锻造工艺，锻件探伤检验，所述的铸造工艺包括以下步骤：

(1)轴承钢经过锻造，其锻造比≥8，其中敦粗比≥4，锻造过程中其工艺参数为，

a、加热，装炉温度≤400℃，加热至850℃保温，按0.25分钟/㎜；升至1250℃再次保 温，按0.3分钟/㎜；且要求被加热工件表心温差≤30℃，升温速度≤10℃/分钟；

b、始锻温度：1200℃～1220℃；

c、终锻温度：820℃～870℃；

d、锤击重量：按“轻-重-轻”进行设置；

e、锻件保温缓冷，工件锻完之后，应及时将其放入保温坑中，保温坑的温度不得低 于600℃，锻件从保温坑中取出时不得低于500℃。

本工艺通过上述锻造工艺的改进，设计锻造比≥8，其中敦粗比≥4，并改进锻造过 程中的温度及时间参数，对锻造过程中的锤击重量按“轻-重-轻”进行设置，并对锻件保温 缓冷，以最终改进本工艺所得产品的质量。

上述工艺过程控制生产中自耗电极全氧含量可以达到10ppm以下、氮含量达到 40ppm以下，再通过采用连续脱氧工艺抽锭电渣重熔炉，生产6米长的280mm×325mm的电渣 方锭，最后经过锻造生产出所需锻件。该种工艺能够连续脱氧、锻造利用率高。采用转炉连 铸坯做为自耗电极、连续脱氧、抽锭生产长径比达到18:1的电渣锭，并经过快速锻造成轴承 钢锻件，上述锻件生产过程中电渣锭利用率达到99％以上，轴承钢锻件氧含量≤15ppm、氮 含量≤40ppm，且能够有效降低生产消耗，提高电渣锭质量，满足高端用户使用要求。

作为对本技术方案的进一步改进，所述的锻件锻后采用扩氢处理工艺处理，去除 锻件中氢和其它有害气体，锻件加热到700℃，温度保持在690℃-710℃进行扩氢处理30h以 上，然后随炉冷却至300℃以下时出炉，得到扩氢处理后的工件。

作为对本技术方案的进一步改进，扩氢处理后的工件，要进行正火球化退火，进行 阶段化升温热处理，其工艺如下，

a、加热工件至680℃，保温1小时；

b、加热到850℃，保温两小时；

c、加热到925℃-935℃保温2小时；

d、将工件空冷至室温。

作为对本技术方案的进一步改进，转炉流程连铸坯为自耗电极、电渣过程为连续 脱氧、抽锭式，其中，渣料配比为，SiO₂：5～10％，CaO：10～20％，Al₂O₃：20～30％，CaF₂：50～ 60％，熔速为450～600kg/h。

作为对本技术方案的进一步改进，电渣过程连续脱氧，渣面连续均匀加入脱氧剂， 调整加入脱氧剂的数量及速度，使轴承钢GCr15中的氧含量≤15ppm、氮含量≤40ppm。

作为对本技术方案的进一步改进，所述的自耗电极是利用成熟的转炉—LF—RH— CCM生产得到高纯净度的自耗电极，在LF生产过程中采用埋弧冶炼工艺并将Al含量控制在 0.015％以下，精炼渣中的FeO+MnO≤0.5％，RH真空度控制在100ppm以下，并通过大包密封 严防浇钢过程吸氮和氧。

附图说明

图1是本发明的锻件锻后处理扩氢处理工艺控制图。

图2是本发明的锻件正火球化退火阶段化升温热处理工艺

具体实施方式

实施例1

(1)利用成熟的转炉—LF—RH—CCM生产出高纯净度的自耗电极

在LF生产过程中采用埋弧冶炼工艺并将Al含量控制在0.015％以下，精炼渣中的 FeO+MnO≤0.5％，RH真空度控制在100ppm以下，并通过大包密封严防浇钢过程吸氮和氧， 以保证自耗电极的质量。

(2)利用连续脱氧、抽锭工艺生产出长径比达到18:1的电渣锭

在电渣过程中，空气中的氧通过渣面向熔传氧，通过向渣面连续均匀加入铝粉，能 够有效的阻止空气中的氧通过炉渣进入钢液中，这是生产低氧钢必不可少的。通过反复检 测确定适合抽锭式电渣重熔炉生产轴承钢GCr15的合适的脱氧剂加入速度、渣系和熔速，使 轴承钢GCr15中的氧含量≤15ppm、氮含量≤40ppm，以提高疲劳寿命，且电渣锭成分、表面、 低倍质量等能满足直接轧制的要求。

在熔炼过程中大气不断向渣中传氧，根据氧的传递速度确定以14g/3min的频率将 铝粉加入渣池，充分与大气传来的氧结合，阻止其进一步向熔池中传氧造成钢中氧含量大 幅升高。

抽锭式电渣炉要求炉渣有一定的高温塑性，拉坯时对坯壳起到支撑和润滑作用以 保证表面质量，而渣中加入少量SiO2，可以降低渣的熔点，提高渣的高温塑性，使铸锭表面 光洁，因此在传统冶炼GCr15渣系的基础上添加少量的SiO2，渣配比见表1，总渣量200～ 220kg，熔速为450～600kg/h。

表1：渣料配比

表1

成分 SiO₂Al₂O₃CaO CaF₂含量/％ 10 20 10 60

表面质量：电渣锭表面质量良好，满足直接锻轧制的要求。

化学成分：满足SKF标准要求。

低倍组织：电渣锭低倍组织细小均匀，满足新的锻造工艺要求。

(3)锻造工艺

轴承钢必须经过锻造，锻造比为8，其中敦粗比为4，其工艺参数为：

加热：装炉温度400℃，加热至850℃保温(按0.25分钟/㎜)，升至1250℃再次保温 (按0.3分钟/㎜)，被加热工件表心温差小于30℃，升温速度小于10℃/分钟。

始锻温度：1200℃。

终锻温度：820℃。

锤击重量：按“轻-重-轻”的原则。

锻件保温缓冷：工件锻完之后，应及时将其放入保温坑中，保温坑的温度600℃，锻 件从保温坑中取出时温度500℃。

(4)锻件锻后处理

为了去除锻件中氢和其它有害气体的含量，采用以下扩氢处理工艺：

锻件加热到690℃，温度保持在690℃进行扩氢处理30h，然后随炉冷却至300℃时 出炉，得到扩氢处理后的工件。

(5)锻件正火球化退火阶段化升温热处理工艺

为了使材料组织更加均匀，改善切削加工性，工件扩氢处理后，要进行正火球化退 火，热处理工艺如下：

a、加热工件至680℃，保温1小时；

b、加热到850℃，保温两小时；

c、加热到925℃保温2小时；

d、将工件空冷至室温。

(6)将热处理后的锻件进行探伤检验

锻件热处理后冷至室温，采用超声波探伤仪进行逐件检验：

检验设备：UDF-200超声波探伤仪探头规格：2.5P20-D

对比试块：大平底检测方法：底波法

检测灵敏度：φ2起始耦合剂：机油

对锻件的氧氮、夹杂物、低倍、碳化物等进行检验，检验结果见表2。锻件中的平均 氧含量为13.66ppm，氮含量为27.58ppm。

表2：锻件的氧氮、夹杂物、低倍、碳化物等检验结果。

表2

检验结果分析：本发明的一种高成材率、低氮低氧电渣轴承钢锻件制造工艺是一 种使用连铸坯为自耗电极、电渣过程连续脱氧、抽锭式电渣重熔炉以及快速锻造工艺生产 超低氧氮、成材率钢轴承钢锻件的工艺，确定了使用连铸坯做为自耗电极、生产轴承钢的脱 氧工艺、渣配比和与之匹配的熔速，以及适用于细长锭型的锻造工艺，使轴承钢GCr15中的 氧含量≤15ppm、氮含量≤40ppm、D夹杂物不大于1.0级、A类夹杂物不大于0.5级、B和C类夹 杂物均为0级、低倍为0.5级、液析为0级、带状不大于1.0级，切利用率达到99％以上的优质 轴承钢锻件，完全达到SKF标准。

实施例2

(1)-(2)工艺过程与实施例1相同；渣料配比表不同于(1)-(2)工艺过程，其配比如 下表：

表3渣料配比

表3

成分 SiO₂Al₂O₃CaO CaF₂含量/％ 5 30 15 50

(3)锻造工艺

轴承钢必须经过锻造，锻造比为9，其中敦粗比为5，其工艺参数为：

a、加热，装炉温度390℃，加热至850℃保温，按0.25分钟/㎜；升至1250℃再次保 温，按0.3分钟/㎜；且要求被加热工件表心温差为28℃，升温速度为9℃/分钟；

b、始锻温度：1220℃；

c、终锻温度：870℃；

d、锤击重量：按“轻-重-轻”进行设置；

e、锻件保温缓冷，工件锻完之后，应及时将其放入保温坑中，保温坑的温度不得低 于610℃，锻件从保温坑中取出时不得低于510℃。

(4)锻件锻后处理

为了去除锻件中氢和其它有害气体的含量，采用以下扩氢处理工艺：

锻件加热到700℃，温度保持在700℃进行扩氢处理38h，然后随炉冷却至280℃以 下时出炉，得到扩氢处理后的工件。

(5)锻件正火球化退火阶段化升温热处理工艺

为了使材料组织更加均匀，改善切削加工性，工件扩氢处理后，要进行正火球化退 火，热处理工艺如下：

作为对本技术方案的进一步改进，扩氢处理后的工件，要进行正火球化退火，进行 阶段化升温热处理，其工艺如下，

a、加热工件至680℃，保温1小时；

b、加热到850℃，保温两小时；

c、加热到935℃保温2小时；

d、将工件空冷至室温。

(6)将热处理后的锻件进行探伤检验

锻件热处理后冷至室温，采用超声波探伤仪进行逐件检验：

检验设备：UDF-200超声波探伤仪探头规格：2.5P20-D

对比试块：大平底检测方法：底波法

检测灵敏度：φ2起始耦合剂：机油

对锻件的氧氮、夹杂物、低倍、碳化物等进行检验，检验结果见表2。锻件中的平均 氧含量为13.66ppm，氮含量为27.58ppm。

表4：锻件的氧氮、夹杂物、低倍、碳化物等检验结果。

表4

检验结果分析：本发明的一种高成材率、低氮低氧电渣轴承钢锻件制造工艺是一 种使用连铸坯为自耗电极、电渣过程连续脱氧、抽锭式电渣重熔炉以及快速锻造工艺生产 超低氧氮、成材率钢轴承钢锻件的工艺，确定了使用连铸坯做为自耗电极、生产轴承钢的脱 氧工艺、渣配比和与之匹配的熔速，以及适用于细长锭型的锻造工艺，使轴承钢GCr15中的 氧含量≤15ppm、氮含量≤40ppm、D夹杂物不大于1.0级、A类夹杂物不大于0.5级、B和C类夹 杂物均为0级、低倍为0.5级、液析为0级、带状不大于1.0级，切利用率达到99％以上的优质 轴承钢锻件，完全达到SKF标准。

实施例3

(1)-(2)工艺过程与实施例1相同；渣料配比表不同于(1)-(2)工艺过程，其配比如 下表：

表5：渣料配比

表5

成分 SiO₂Al₂O₃CaO CaF₂含量/％ 5～10 20～30 10～20 50～60

(3)锻造工艺

轴承钢必须经过锻造，锻造比为10，其中敦粗比为6，其工艺参数为：

a、加热，装炉温度380℃，加热至850℃保温，按0.25分钟/㎜；升至1250℃再次保 温，按0.3分钟/㎜；且要求被加热工件表心温差为28℃，升温速度为9℃/分钟；

b、始锻温度：1210℃；

c、终锻温度：845℃；

d、锤击重量：按“轻-重-轻”进行设置；

e、锻件保温缓冷，工件锻完之后，应及时将其放入保温坑中，保温坑的温度不得低 于610℃，锻件从保温坑中取出时不得低于520℃。

(4)锻件锻后处理

为了去除锻件中氢和其它有害气体的含量，采用以下扩氢处理工艺：

锻件加热到710℃，温度保持在710℃进行扩氢处理38h，然后随炉冷却至260℃以 下时出炉，得到扩氢处理后的工件。

(5)锻件正火球化退火阶段化升温热处理工艺

为了使材料组织更加均匀，改善切削加工性，工件扩氢处理后，要进行正火球化退 火，热处理工艺如下：

作为对本技术方案的进一步改进，扩氢处理后的工件，要进行正火球化退火，进行 阶段化升温热处理，其工艺如下，

a、加热工件至680℃，保温1小时；

b、加热到850℃，保温两小时；

c、加热到930℃保温2小时；

d、将工件空冷至室温。

(6)将热处理后的锻件进行探伤检验

锻件热处理后冷至室温，采用超声波探伤仪进行逐件检验：

检验设备：UDF-200超声波探伤仪探头规格：2.5P20-D

对比试块：大平底检测方法：底波法

检测灵敏度：φ2起始耦合剂：机油

对锻件的氧氮、夹杂物、低倍、碳化物等进行检验，检验结果见表2。锻件中的平均 氧含量为13.66ppm，氮含量为27.58ppm。

表6：锻件的氧氮、夹杂物、低倍、碳化物等检验结果。

表6

检验结果分析：本发明的一种高成材率、低氮低氧电渣轴承钢锻件制造工艺是一 种使用连铸坯为自耗电极、电渣过程连续脱氧、抽锭式电渣重熔炉以及快速锻造工艺生产 超低氧氮、成材率钢轴承钢锻件的工艺，确定了使用连铸坯做为自耗电极、生产轴承钢的脱 氧工艺、渣配比和与之匹配的熔速，以及适用于细长锭型的锻造工艺，使轴承钢GCr15中的 氧含量≤15ppm、氮含量≤40ppm、D夹杂物不大于1.0级、A类夹杂物不大于0.5级、B和C类夹 杂物均为0级、低倍为0.5级、液析为0级、带状不大于1.0级，切利用率达到99％以上的优质 轴承钢锻件，完全达到SKF标准。