一种高洁净铁路货车用电渣轴承钢及其冶炼方法技术

本发明专利技术提供了一种高洁净铁路货车用电渣轴承钢及其冶炼方法，采用“初炼炉+LF精炼+RH真空脱气+保护浇注+保护气氛电渣重熔”的工艺路线；通过严格控制全过程铝含量、LF精炼炉渣成分、电渣重熔炉渣成分以及限定真空脱气方式，显著降低了氧、钙、镁杂质元素及夹杂物含量；本发明专利技术的有益效果是，采用本发明专利技术工艺生产的铁路货车用电渣轴承钢洁净度更高，夹杂物更为细小、弥散；氧、钙、镁的杂质元素含量分别不大于0.0007％、0.0003％、0.0003％，Ds夹杂物不大于0.5级，有效保证了渗碳轴承钢高的疲劳性能。能。

【技术实现步骤摘要】
的工艺路线。通过严格控制全过程铝含量、LF精炼炉渣成分、电渣重熔炉渣成分以及限定真空脱气方式，显著提高了渗碳轴承钢的洁净度。
[0007]本专利技术首先提供了一种铁路货车用电渣轴承钢，其元素含量以质量分数表示的范围为：ω[C]：0.19～0.23％、ω[Si]：0.25～0.35％、ω[Mn]：0.55～0.65％、ω[Cr]：0.45～0.60％、ω[Ni]：1.70～1.90％、ω[Mo]：0.20～0.30％、ω[Al]：0.015～0.025％、ω[S]<0.0015％、ω[P]<0.013％、ω[Ca]≤0.0003％、ω[Mg]≤0.0003％、ω[O]≤0.0007％，其余为Fe和不可避免杂质元素；Ds夹杂物不大于0.5级。
[0008]本专利技术还提供了一种铁路货车用电渣轴承钢的冶炼方法，所述冶炼方法采用“初炼炉+LF精炼+RH真空脱气+保护浇注+保护气氛电渣重熔”的工艺路线，通过严格控制全过程铝含量、LF精炼炉渣成分、电渣重熔炉渣成分以及限定真空脱气方式，显著降低了氧、钙、镁杂质元素及夹杂物含量。其中电渣锭的氧含量不大于0.0007％，Ca、Mg含量不大于0.0003％。
[0009]所述初炼结束，出钢后铝含量范围为ω[Al]：0.04～0.05％；
[0010]所述LF精炼结束时铝含量范围为ω[Al]：0.025～0.035％；
[0011]所述LF精炼结束时炉渣成分范围为：ω(CaO)：52～56％、ω(SiO2)：8～12％、ω(Al2O3)：22～27％、ω(MgO)：3～5％、ω(FeO)<0.7％；
[0012]所述脱气方式为RH真空脱气；
[0013]所述电渣重熔化渣后炉渣成分范围为：ω(CaF2)：40～55％、ω(CaO)：10～15％、ω(Al2O3)：30～40％、ω(SiO2)：1～3％、ω(MgO)：3～5％。
[0014]进一步地，其中：
[0015](1)初炼炉包括转炉或电弧炉，主要实现脱磷、脱碳及升温等任务；
[0016]初炼结束时，出钢条件：碳含量控制范围为0.06～0.15％，钢液温度为1600～1650℃。
[0017]出钢过程：依次完成铝锭脱氧、合金化以及造渣操作；其中，造渣优先选用钙铝系预熔渣；出钢过程依次进行铝脱氧、合金化及造渣操作，出钢后铝含量范围：ω[Al]：0.042
‑
0.046％，控制出钢下渣量小于2kg/吨钢。
[0018](2)LF精炼工序主要进行造渣、升温以及钢液成分微调等操作，从而实现溶解氧和夹杂物氧的深度脱除；钢包到站后先通电升温，后加入石灰调整炉渣成分；
[0019]LF精炼时间为40～60min，LF精炼过程不再补加铝，在渣钢反应作用下使得铝含量逐渐降低，精炼结束时，钢液中铝含量为ω[Al]：0.028～0.032％；炉渣成分满足：ω(CaO)：53.5～54.7％、ω(SiO2)：8～10.46％、ω(Al2O3)：22～25.6％、ω(MgO)：3～3.74％、ω(FeO)<0.7％。整个精炼时间为40～60min。
[0020](3)RH真空脱气工序：通过对钢液进行真空处理，达到去气、去夹杂的冶金效果；
[0021]控制极真空时间为25～35min，真空度≤67Pa；破空后进行软搅拌，软吹时间为20～30min；软搅拌结束时，钢液温度为1520～1570℃。
[0022](4)保护浇注工序包括连铸或模铸，主要为了防止钢液二次氧化；
[0023]浇铸成型的连铸坯化学成分满足：ω[C]：0.19～0.23％、ω[Si]：0.25～0.35％、ω[Mn]：0.55～0.65％、ω[Cr]：0.45～0.60％、ω[Ni]：1.70～1.90％、ω[Mo]：0.20～0.30％、ω[Al]：0.02～0.03％、ω[S]<0.0025％、ω[P]<0.015％、ω[Ca]≤0.0008％、ω
[Mg]≤0.0005％、ω[O]≤0.0010％，其余为Fe及不可避免杂质元素。
[0024](5)保护气氛电渣重熔：主要实现去除电极坯中大尺寸夹杂物以及改善钢锭凝固组织的任务；保护气体优选为氩气，使用石墨电极化渣，化渣后炉渣成分满足：ω(CaF2)：48.76～52.73％、ω(CaO)：10～13.4％、ω(Al2O3)：30～34.5％、ω(SiO2)：1～1.68％、ω(MgO)：3～5％；渣量为30～35kg/吨钢；整个重熔过程，电极坯的平均熔速为6～10kg/min，渣池表面温度为1650～1750℃。
[0025]本专利技术所述的冶炼方法具体应用于渗碳轴承钢G20CrNi2Mo及类似轴承钢种的冶炼。
[0026]根据本专利技术生产的铁路货车用电渣轴承钢的化学成分设计中，铝、氧、钙、镁是关键元素，下面对其取值范围的限定理由进行说明：
[0027]铝元素：轴承钢中的脱氧元素，在很大程度上决定了钢中的氧含量。当Al含量低于0.015％时，钢液中平衡溶解氧含量较高；而高于0.025％时，溶解氧变化不明显；因此，Al含量控制范围为0.015～0.025％。
[0028]氧元素：轴承钢中的关键杂质元素；过高的氧含量意味着夹杂物数量较多，将会降低轴承钢的疲劳寿命，因此氧含量控制在不大于0.0007％。
[0029]钙元素：其含量在很大程度上决定了夹杂物特征。钙含量超过3ppm，容易形成低熔点钙铝酸盐。轴承服役过程夹杂物周围容易导致应力集中，进而降低疲劳寿命；因此，钙含量控制在不大于0.0003％。
[0030]镁元素：镁铝尖晶石夹杂物形成元素。镁铝尖晶石形状规则，易聚集形成大尺寸簇状夹杂物，同样会降低轴承钢的疲劳寿命；因此，镁含量控制在不大于0.0003％。
[0031]全流程铝含量、LF精炼及电渣重熔工序中炉渣成分是本专利技术的关键控制要点。
[0032]其中，铝含量的设计原则如下：
[0033](1)本专利技术中铝的控制原则为全程控铝，出钢过程一次性加入，后期不再调整，通过渣钢反应使得铝含量逐步降至目标值，其优异效果为脱氧内生夹杂物早生成，且有足够的时间去除。
[0034](2)为了保证后期脱氧效率，出钢后铝含量控制在0.04～0.05％。LF精炼过程，渣钢反应伴随着钢中铝和渣中氧势的不断降低，当反应进行到一定程度时渣钢之间达到平衡。LF结束时，铝含量控制在0.025～0.035％。RH真空脱气过程，由于渣钢之间反应较弱，铝含量变化较小，浇铸在保护气氛中进行，浇铸成型的连铸坯中铝含量满足0.02～0.03％。
[0035](3)电渣重熔过程减少夹杂物的生成是提高电渣锭洁净度的关键；通过设计与电极坯相匹配的炉渣成分，由此可降低铝的氧化程度；电渣锭的铝含量控制范围为0.015～0.025％。
[0036]LF精炼过程炉渣成分的设计原则如下：
[0037]当ω(CaO+MgO)/ω(Si本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高洁净铁路货车用电渣轴承钢，其特征在于，其元素含量以质量分数表示的范围为：ω[C]：0.19～0.23％、ω[Si]：0.25～0.35％、ω[Mn]：0.55～0.65％、ω[Cr]：0.45～0.60％、ω[Ni]：1.70～1.90％、ω[Mo]：0.20～0.30％、ω[Al]：0.015～0.025％、ω[S]<0.0015％、ω[P]<0.013％、ω[Ca]≤0.0003％、ω[Mg]≤0.0003％、ω[O]≤0.0007％，余量为Fe及不可避免杂质；Ds夹杂物不大于0.5级。2.根据权利要求1所述的高洁净铁路货车用电渣轴承钢的冶炼方法，其特征在于，所述冶炼方法采用“初炼炉+LF精炼+RH真空脱气+保护浇注+保护气氛电渣重熔”的工艺路线，通过严格控制全过程铝含量、LF精炼炉渣成分、电渣重熔炉渣成分以及限定真空脱气方式，显著降低了氧、钙、镁杂质元素及夹杂物含量；其中电渣锭的氧含量不大于0.0007％，钙、镁含量不大于0.0003％；所述初炼结束，出钢后铝含量范围为ω[Al]：0.04～0.05％；所述LF精炼结束时铝含量范围为ω[Al]：0.025～0.035％；所述LF精炼结束时炉渣成分范围为：ω(CaO)：52～56％、ω(SiO2)：8～12％、ω(Al2O3)：22～27％、ω(MgO)：3～5％、ω(FeO)<0.7％；所述脱气方式为RH真空脱气；所述电渣重熔化渣后炉渣成分范围为：ω(CaF2)：40～55％、ω(CaO)：10～15％、ω(Al2O3)：30～40％、ω(SiO2)：1～3％、ω(MgO)：3～5％。3.根据权利要求2所述的高洁净铁路货车用电渣轴承钢的冶炼方法，其特征在于，所述初炼炉包括转炉或电弧炉；初炼结束及出钢过程需满足如下要求：(1)初炼结束时，钢液碳含量ω[C]：0.06～0.15％，钢液温度为1600～1650℃。(2)出钢过程依次进行铝脱氧、合金化及造渣操作，出钢后铝含量范围：ω[Al]：0.042
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0.046％，控制出钢下渣量小于2kg/吨钢。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世健，张刘瑜，谷杰，成国光，
申请(专利权)人：苏州思萃熔接技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：