軸承鋼和簾線鋼精煉渣系的比較

1、-. z.軸承鋼和簾線鋼冶煉精煉渣系研究一、軸承鋼1、軸承鋼相關(guān)背景軸承用鋼包括高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、高溫軸承鋼、不銹軸承鋼及特殊工況條件下應(yīng)用的特種軸承鋼等。其中尤以高碳鉻軸承鋼生產(chǎn)量為最多。含C 1O、Cr 15的高碳鉻軸承鋼是軸承鋼的代表品種。自本世紀初問世以來，已有近100年的歷史，從它誕生至今，化學(xué)元素的古最幾乎沒有變化，但其疲勞壽命卻有成倍甚至成幾十倍的提高，原因主要就在于近些年冶金工藝的現(xiàn)代化、爐外精煉技術(shù)的普遍采用，使得軸承材料的純潔度不斷提高。在合金鋼領(lǐng)域內(nèi)，軸承鋼是檢驗工程最多、質(zhì)量要求最嚴、生產(chǎn)難度最大的鋼種之一。衡量軸承鋼的冶金質(zhì)量，一般從三個方面著眼，是純潔度，即

2、鋼中夾雜物的含量；二是碳化物不均勻性；三是鋼材的尺寸精度、表向裂紋和脫 QUOTE 。2、軸承鋼精煉渣處理精煉渣處理鋼液是應(yīng)用最廣泛的精煉手段之一，幾乎所有的精煉設(shè)備工藝都會采用精煉渣處理鋼液。在鋼液的精煉過程中，精煉渣一方面吸收上浮的夾雜物從而減少夾雜物總量，另一方面由于精煉渣-鋼-夾雜物三者之間的互相影響精煉渣還有夾雜物改質(zhì)的作用。根據(jù)不同的方法精煉渣有很多種分類，但一般都是依據(jù)二元堿度將精煉渣分為高堿度精煉渣和低堿度精煉渣。在軸承鋼的冶煉中，由于對質(zhì)量的不同需求和初煉鋼水狀況的不同形成了高堿度渣精煉和低堿度渣精煉兩種工藝路 QUOTE 。2.1、高堿度渣精煉工藝高堿度渣精煉工藝即控制精煉

3、渣中堿度R4.0，總鐵含量 QUOTE 1.0%。這種精煉工藝的精煉渣系有很強的脫硫能力，能夠生產(chǎn)超低硫系列的軸承鋼。而且具有很高的脫氧能力，能夠吸附大量 QUOTE 夾雜物，因此在軸承鋼中幾乎就沒有氧化物夾雜物。但是精煉渣中Ca0含量高，加上精煉普遍采用鋁作為脫氧劑，因此極易被鋁復(fù)原生成球形夾雜物對軸承鋼的質(zhì)量危害很大。因此，在采用高堿度精煉渣精煉軸承鋼時，要嚴格控制鋁脫氧劑的用量，最大程度地防止球形夾雜物的形成。1日本各軸承鋼生產(chǎn)廠家大都采用高堿度渣精煉，其中以山陽特殊制鋼公司取得的效果最為矚目，硫質(zhì)量分數(shù)降到0.002%-0.003%，全氧質(zhì)量分數(shù)到達平均5.4 QUOTE QUOTE

4、，個別爐次甚至到達了3 QUOTE 。山陽公司采用高堿度渣精煉工藝將鋼液中的全氧質(zhì)量分數(shù)降到了極低的程度，鋼中B類夾雜物幾乎不存在了，但是D類夾雜物的數(shù)量卻較多，平均到達了0.9級。2萊鋼公 QUOTE 為了降低鋼中全氧質(zhì)量分數(shù)，提高GCrI 5鋼質(zhì)量，在LF精煉過程中采用了堿度45的高堿度精煉渣，取得了良好的效果，全氧質(zhì)量分數(shù)由平均11 QUOTE 降到7.9 QUOTE 。應(yīng)該注意到，高堿度精煉渣雖然在脫硫和降低全氧質(zhì)量分數(shù)上取得了很好的效果，但卻增加了鋼中的球狀不變形夾雜物。在軸承鋼的冶煉中，選擇一種適當(dāng)成分的精煉渣，主要到達三個目的:(1)一定的脫硫能力，使軸承鋼中的A類夾雜物控制在一

5、定*圍；(2)吸收 QUOTE 夾雜物的能力，以最大限度地降低氧化物夾雜數(shù)量；(3)減少或消除含Ca0的D類夾雜物。高堿度精煉渣雖然很好地到達了前兩個目的，但卻導(dǎo)致了球狀夾雜物出現(xiàn)率升高，沒能到達第三個目的。為了獲得優(yōu)良的綜合效果，近些年國內(nèi)的科研院所和高校以及主要的軸承鋼生產(chǎn)廠家在精煉渣方面做了大量地研究工作。2.2低堿度渣精煉工藝低堿度渣精煉工藝是控制渣中堿度R 1.2，總鐵含量 QUOTE 1.0%。這種精煉工藝的精煉渣渣系雖然能夠消除含Ca0的D類球形夾雜物，也能夠?qū)?QUOTE 夾雜物有一定的吸附能力。但是軸承鋼中的氧含量是處在一個相對較高的水平，不利于脫硫反響，雖然能改變軸承鋼中夾

6、雜物的形態(tài)，大幅度提高塑性夾雜物的比例，但是夾雜物的數(shù)量并沒有因此減少。1大冶鋼廠采用低堿度渣一吹氫精煉工藝，取得了良好的效果。生產(chǎn)實踐證實，在這種低堿度渣下精煉，進入鋼液中的鈣質(zhì)量分數(shù)一般不會超過20 QUOTE ，缺乏以形成低熔點的球狀鈣鋁酸鹽夾雜 QUOTE 。2本鋼采用低堿度的Ca0- QUOTE 渣系進展頂渣處理，脫硫率達50%-70%，脫氧50%,同時消除了含Ca0的D類夾雜 QUOTE 3ASEA-SKF鋼包爐精煉軸承鋼時采用中性渣(w(Ca0): w( QUOTE ): w( QUOTE )=1: 1: 1).它既能有效地吸收夾雜物，又不會侵蝕包壁。用該渣系精煉的軸承鋼，硫質(zhì)量

7、分數(shù)平均在0.020%，鋼中不存在G, D兩類夾雜物，B類夾雜物的數(shù)量也很少。4北滿特鋼先后采用兩種(低堿度、高堿度)精煉渣生產(chǎn),文獻8分析了兩種渣系對軸承鋼的氧及夾雜物含量的影響。研究說明：軸承鋼GCr15精煉渣的堿度從2.5提高到56,渣中 QUOTE 保持在18%22%,，高堿度渣脫硫能力比低堿度渣提高30%50%, 而渣中MgO低2%5%, 高堿度渣對鋼包的侵蝕速度降低; 改良后渣系冶煉的軸承鋼中氧、B、D類夾雜物含量明顯降低, 硫、A類夾雜物含量略有下降, 到達SKF標準。采用低硅質(zhì)造渣材料, 進一步降低渣中 QUOTE 的含量, 提高渣中 QUOTE 的含量, 提高渣的堿度, 降低

8、軸承鋼的氧和夾雜物含量。2.3新型軸承鋼精煉渣的研究在精煉渣中參加少量 QUOTE 0 ( O增加到0.3%-0.4%)時，精煉渣的硫容量是原來的3倍多。由此可見， QUOTE 0能大大提高精煉渣的脫硫能 QUOTE 。相關(guān)文 QUOTE 認為在高堿度爐渣中， QUOTE 0對爐渣的硫容量有十清楚顯的影響;在低堿度爐渣中， QUOTE 0對爐渣的硫容量影響不大。由為 QUOTE 0在1600 0C下不穩(wěn)定，所以其在精煉渣中的影響需要進一步探索研究. 為了提高脫硫效果，同時消除鋼中點狀不定形夾雜物。對精煉渣進展改質(zhì)處理也是優(yōu)化精煉渣的一種比擬可行的手 QUOTE 。*鋼鐵廠經(jīng)過對LF精煉渣的改質(zhì)

9、處理生產(chǎn)出了的低硫含量的鋼。目前，開發(fā)具有低熔化溫度、高硫容量的精煉渣成為精煉渣優(yōu)化的新趨勢?？萍即髮W(xué)對在精煉渣添加Ba0進展了研究認為:當(dāng)精煉渣中的Ba0添加量到達50%時，其硫容量為只參加Ca0時的兩 QUOTE 。另外，無氟精煉渣也是新型精煉渣的一種，由于無氟精煉渣中沒有Ca QUOTE ，能夠減輕侵蝕鋼包的包襯和減少對環(huán)境的污染，也同樣很受歡送。3、我國軸承鋼生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)的主要問題 QUOTE ： (1)鋼材外表缺陷:材料裂紋、折疊裂紋、麻點(坑)、夾渣、異金屬夾雜、外表脫碳、發(fā)紋。 (2)鋼材低倍缺陷:縮孔(管)剩余、翻皮、疏松、氣泡、偏析、白點、顯微孔隙、內(nèi)裂。 (3)非金屬夾雜物:點

10、狀夾雜物、塑性硅酸鹽夾雜物。 (4)碳化物不均勻:碳化物帶狀、液析、網(wǎng)狀;退火組織不均勻。這些缺陷都嚴重影響軸承的壽命和可靠性。從對軸承生產(chǎn)企業(yè)軸承鋼進廠檢驗和在使用中發(fā)現(xiàn)的問題的調(diào)查研究情況來看，國產(chǎn)軸承鋼缺陷出現(xiàn)頻率最高的依次是:材料外表裂紋、縮孔、碳化物液析、碳化物網(wǎng)狀、內(nèi)裂、外表脫碳、碳化物帶狀、退火組織不合格。4、通過與國外先進軸承鋼生產(chǎn)工藝比照可知，國內(nèi)外生產(chǎn)工藝的特點如 QUOTE ：(1)為提高鋼液干凈度和精煉效果，國外電爐采用無渣出鋼技術(shù)，轉(zhuǎn)爐初煉在鋼包中進展真空除渣或爐后扒渣，以降低磷質(zhì)量分數(shù)和防止氧化渣進入精煉爐，而我國軸承鋼冶煉大多數(shù)只采用電爐偏心底出鋼技術(shù)； (2)國

11、外軸承鋼精煉在采用LF精煉根底上，進展RH真空脫氣處理，在提高干凈度的根底上特別注意夾雜物的控制，而國內(nèi)大多數(shù)只有LF+VD精煉，但從脫氮、脫氫效果分析，VD效果遠不如RH； (3)國內(nèi)鑄坯斷面、連鑄機弧半徑仍與國外先進企業(yè)有一定差距，國外有先進的連鑄工藝和完善的精整熱處理裝備； (4)國外先進軸承鋼生產(chǎn)廠家如山陽、神戶、*等公司采用多級電磁攪拌改善鑄坯質(zhì)量;而國內(nèi)大多數(shù)只有結(jié)晶器電磁攪拌，只有個別廠家配有末端電磁攪拌； (5)為解決高質(zhì)量軸承鋼的偏析問題，國外采用輕壓下、大直徑輥強壓下和連續(xù)鍛壓等液相高壓下技術(shù)，而國內(nèi)采用輕壓下很少； (6)國外大量使用轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)軸承鋼，國內(nèi)則絕大局部軸承

12、鋼為電爐流程生產(chǎn)。綜上，雖然我國的軸承鋼冶煉水平較過去取得了一些進步，但是與國外高水平軸承鋼廠商相比，仍然有著不小的差距。冶煉水平和裝備水平的差距導(dǎo)致了與國際先進水平相比，我國軸承鋼產(chǎn)品的實物質(zhì)量仍然有一定的差距，我國軸承鋼純潔度、碳化物均勻性、鋼材尺寸精度和外表質(zhì)量和品種構(gòu)造上均落后于國外先進水平.二、簾線鋼1、簾線鋼相關(guān)背景簾線鋼是輪胎子午線增強骨架的主要用鋼，由于公路運輸?shù)拈_展，特別是高速公路的開展，乘用車的高速化，運輸車輛的高速、重載和大型化，對配套用鋼絲子午胎提出了十分嚴格的要求,同時由于簾線用盤條(也555 mm)需拉拔成直徑為015038 mm的細絲，隨后經(jīng)過高速雙捻機合股成繩，

13、整個過程中斷絲率小于1次100 km。因此對于線材組織及成分的均勻性、純潔度以及綜合質(zhì)量有著極為嚴格的要求，尤其是對夾雜物的類型和形態(tài)。2、簾線鋼的質(zhì)量要求簾線鋼是一種對于強度和性能有著極高要求的優(yōu)質(zhì)鋼種，在其生產(chǎn)的過程中也有著許多特別的、相對嚴格的要求，對于拉拔出的非常細的鋼絲產(chǎn)品要進展絞合成股，并且在這些過程中幾乎不允許出現(xiàn)鋼絲斷裂的情況。因此，在生產(chǎn)過程中，對于鋼中的化學(xué)成分，夾雜物以及連鑄坯外表和內(nèi)在質(zhì)量都有著如下的要求： (1化學(xué)成分簾線鋼對于化學(xué)成分的要求必須是均勻的，碳、錳、硅含量波動不能太大，對于硫、磷以及其他微量元素也有著嚴格的要求，簾線鋼化學(xué)成分的控制要求. (2)夾雜物控

14、制夾雜物的控制是控制簾線鋼產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。在簾線鋼的研發(fā)中，對于斷面出現(xiàn)的夾雜物進展分析，發(fā)現(xiàn)引起拉拔斷絲的夾雜物主要是以 QUOTE 為主的高硬度脆性夾雜物。 QUOTE 的來源主要分為從鋼水中脫氧產(chǎn)生和耐火材料帶入兩種情況。第一種情況，可以通過調(diào)整爐渣成分，從而有效的調(diào)整夾雜物成分使之成為延伸性很高的塑性夾雜物，使之無害化;第二種情況，可以選取最正確的耐火材料來減少其來源，從而降低源于耐火材料夾雜的斷絲。(3)中心偏析簾線鋼對于碳的中心偏析有著一定的要求，一般要求碳中心偏析指數(shù)95%; 脫碳層:0.1 Omm;晶粒度:8-10級.3精煉渣成分和夾渣層控制研究發(fā)現(xiàn)，夾雜物是造成拉拔合股過程中

15、斷絲的主要原因之一。簾線鋼中主要存在MnO QUOTE - QUOTE 系和CaO QUOTE 一 QUOTE 系類夾雜物，前者為脫氧產(chǎn)物，后者為經(jīng)過精煉渣反響后生成的夾雜物。通過控制鋼中夾雜物的類型、數(shù)量、尺寸、分布可以有效的改善鋼的干凈度，提高簾線鋼的強度及韌引。簾線鋼中硬而脆的夾雜物對鋼的危害很大，如 QUOTE 夾雜，會造成鋼絲拉拔過程中發(fā)生斷裂，是鋼加工使用過程中的主要裂紋源，嚴重影響著鋼的使用壽命，因此在簾線鋼的生產(chǎn)過程中，要盡量防止生成這類脆而硬的夾雜物，控制夾雜物塑性化.(1)控制夾雜物的成分需要通過控制w、w來實現(xiàn)。不同科學(xué)工作者通過熱力學(xué)計算和生產(chǎn)實踐提出了w的控制*圍，為

16、控制夾雜物的變形能力提供了依據(jù)。在簾線鋼生產(chǎn)中，一般通過造低堿度、低氧化性渣來控制夾雜物成分.王勇等 QUOTE 利用共存理論計算了 QUOTE 六元渣系組元的作用濃度，對渣鋼之間的氧化復(fù)原反響進展了分析，研究說明：一、精煉過程中w受w、聯(lián)合控制。w與精煉渣中 QUOTE 含量以及溫度成正比，與 QUOTE 、含量成反比。二、堿度對含量有一定的影響，堿度越高，含量越高。為了控制w，應(yīng)選用低堿度、低 QUOTE 含量的精煉渣。如果精煉渣堿度控制在0.9， QUOTE 含量控制在以下，則可以將w控制在6 QUOTE 以下。三、含量越高，含量越低。從控制w的角度看，適當(dāng)提高含量有利于降低w。(2)G

17、 Bernard 對夾雜物的變形能力與溫度的關(guān)系進展了分析研究, 提出在CaO- QUOTE - QUOTE 三元系夾雜物中, 鈣斜長(CaO 2 QUOTE QUOTE )與磷石英和假硅灰石(CaO QUOTE )相鄰的周邊低熔點區(qū)有良好的變形能 QUOTE 。該三元系塑性夾雜物的成分*圍大致為w(CaO) :20 % 45 %, w):40 % 70 %, w( :10 % 25 %.即夾雜物中CaO與 QUOTE 的比值(w(CaO) /w( )在0 .5 1.0 之間,w(在10 % 25 %。(3)趙 QUOTE 等人在實驗室條件下, 采用高溫鉬絲爐對用45 鋼和重軌鋼熔煉成的簾線鋼

18、進展脫氧和渣鋼平衡試驗, 研究了精煉渣組分對夾雜物形態(tài)的影響。研究說明：1)在低堿度條件下, 通過Si 、Mn 脫氧和調(diào)整精煉渣中 QUOTE 含量來控制鋼液中的Als 和T O 是可行的, 能夠使夾雜物處于塑性區(qū)域。2)夾雜物中的 QUOTE 含量根本是隨著鋼中酸溶鋁的增加而增加。為控制夾雜物中 QUOTE 含量處于塑性變形區(qū)域, 鋼中酸溶鋁最好低于6 10-6 。通過試驗結(jié)果可得, 鋼液中A ls 可由精煉渣堿度來控制。當(dāng)精煉渣堿度在0.8 1.2 時, QUOTE 質(zhì)量分數(shù)控制在10 %以內(nèi), 可以使鋼液中的Als 低于6 QUOTE 。3)通過熱力學(xué)計算得到, 為形成塑性的CaO- QUOTE - QUOTE 系非金屬夾雜物, 夾雜物堿度在0.5 1.5 時, 與之對應(yīng)的鋼液鋁質(zhì)量分數(shù)為0.000 1 %0.0008 %。4)夾雜物中 QUOTE 含量隨精煉渣中 QUOTE 含量的增加而增加。而且隨精煉渣堿度的增大, 夾雜物 QUOTE 含量隨精煉