转炉冶炼低钛轴承钢的生产实践
发布时间：2012-10-19 浏览次数：1144
作者：刘颖1 赵瑞华2 席军良2
（1.河北省质量技术监督局； 2.河北钢铁集团石钢公司）
摘 要：分析了轴承钢中Ti含量变化对疲劳寿命的影响，通过控制转炉终点碳、出钢下渣量、使用低钛的合金及低钛的渣料等措施，生产出了Ti含量小于30×10-4%的低钛轴承钢。
关键词：转炉；冶炼；轴承钢；实践
1 前言
钛在高碳铬轴承钢中被视为有害元素，它与溶解于钢中的氮有着极强的亲和力，多以氮化钛、碳氮化钛夹杂物的形式残留于钢中。这种夹杂物坚硬、呈棱角状，严重影响轴承的疲劳寿命，特别是在洁净度显著提高，其它氧化物夹杂数量很少的情况下，含钛夹杂物的危害尤为突出。
从轴承钢中[Ti]含量对疲劳极限的影响可以看出，当轴承钢中钛含量超过30×10-4%，其疲劳寿命明显开始下降，见图1所示[1]。
国外一些知名企业，对轴承钢中的Ti含量提出了明确的要求，如SKF公司D33标准中要求≤30×10-4%，而SKF、山阳、神户等都能生产钛含量在15×10-4%以下的轴承钢[2]。
因此降低GCr15中的Ti含量，对提高石钢轴承钢的质量水平有着十分重要的意义。
2 转炉冶炼GCr15钢中Ti含量的变化
石钢生产GCr15轴承钢采用了如下工艺路线：60t氧气顶吹转炉冶炼→挡渣出钢→60tLF炉精炼→60tVD炉真空脱气→弧形矩坯连铸机连铸（坯型220mm×300mm）→轧制。
未采取控钛措施之前，GCr15钢中的Ti含量在80×10-4%左右；冶炼过程钢水中的Ti含量变化见图2。
从图2可以看出：
①在转炉吹炼终点时，钢液中的[Ti]含量已经很低，小于10×10-4%以下；②从转炉终点到LF初期这一阶段，增钛量巨大，大约80×10-4%左右，是控钛的关键环节；③从LF末期到VD到CC过程，钢液中的[Ti]没有明显变化。
3 改进措施
针对上述钢中Ti在转炉冶炼过程中不同阶段的变化情况，应重点控制转炉冶炼、出钢下渣量、精炼渣等几个环节，采取相应的措施如下。
3.1控制转炉合适的终点碳
[Ti]与[O]的亲和能力极强，在转炉吹氧脱碳的过程中，铁水和废钢中的钛绝大部分能够氧化去除进入氧化渣中。在转炉1873K时，[O]与[Ti]的平衡关系图如图3所示[3]。图4所示[4]为转炉终点时[O]与[C]质量分数分布状况。
由图3可以看出，当钢液中[O]≥35×10-4%时，[Ti]≤10×10-4%。由图4可以看出，当钢液中[C]≤0.25%时，钢液中的[O]≥80×10-4%。因此当转炉冶炼时，将终点[C]控制在≤0.25%时，就能将钢液中[Ti]控制在≤10×10-4% 水平。同时考虑轴承钢对氧含量的要求，终点碳＜0.10%时，钢液中的氧含量将大幅度提高，给后续的脱氧任务带来极大的困难，所以将转炉终点C控制在一定范围。
3.2 应用双渣法操作
转炉冶炼普通钢时，常采用一次造渣法。而生产纯净钢时，经常采用双渣法操作，可进一步稀释氧化渣中的有害因素，降低转炉下渣带来的危害，如回磷、回钛等。目前石钢的铁水中的钛含量较高，在0.06%左右，远高于其它企业铁水中的Ti含量，如首钢铁水中的Ti含量为0.0052%[5]，因此转炉吹炼采用双渣法操作。
3.3 严格控制出钢下渣量
出钢下渣后，在还原的条件下，渣中的TiO2将被还原进入钢水中。为了减少出钢下渣量，采取的挡渣措施有：加强出钢口维护，保证圆流出钢；调整合适挡渣球比重，准确掌握挡渣时机并确保挡渣球及时加到出钢口，实现快速摇炉。
3.4 选用低钛的合金和原辅料
为了降低钢中的Ti含量，选用低钛的铁合金和原辅料也是比较有效的途径之一。
4 实施效果与分析
应用上述措施后，石钢首次试制生产的3炉低钛GCr15钢的Ti含量均小于30×10-4%，其结果如图5所示。
由图5看出：①从转炉终点到LF初期这一过程增钛Z多，大约15×10-4%。其中一部分是合金料带入，另一部分主要是转炉氧化渣下渣后，在还原条件下，渣中TiO2被还原造成。②LF初期到末期，Ti含量略微增加，在4×10-4% 左右。③VD过程、连铸过程钢液中Ti基本不变化。因此采用转炉生产低钛轴承钢，关键是控制出钢下渣及选用低钛的合金及原辅料。
随着GCr15钢中Ti含量大幅度降低，其TiN夹杂也明显减少。见图6、图7所示。
5 结论
（1）通过对转炉冶炼过程的严格控制及采用低钛的原辅料，可以生产出Ti含量≤30×10-4%的低钛轴承钢。
（2）在采用低钛原辅料的基础上，控制转炉出钢下渣是生产低钛轴承钢的关键。
参考文献
［1］主编：钟顺思王昌生 《轴承钢》北京 冶金工业出版社 2002.5（重印）423
［2］黎建 陈天明 杨素波 转炉—大方坯连铸工艺生产轴承钢探讨 《钢铁钒钛》2004，9 （3）：30～34
［3］战东平 姜周华 龚伟等 轴承钢中氮化钛的生产与控制 《过程工程学报》2009，9（增增刊1）：238～241
［4］曹立国 魏雪晴 丁秀中等 优化55t LD-60t LF-CC艺提高钢的洁净度 《特殊钢》 2006. 27（1）：48～50
［5］张惠峰 张玮 王坤等 转炉生产轴承钢中钛含量的控制 《特钢技术》2009 3：15～18
来源：《河北冶金》2011年05期
企业新闻
轴承知识