GCr15SiMn軸承鋼?400 mm鑄坯工藝實踐

王 強，祖 峰，張 梁，蔣鵬飛，袁續陽

（天津天管特殊鋼有限公司，天津300301）

GCr15SiMn軸承鋼?400 mm鑄坯工藝實踐

王 強，祖 峰，張 梁，蔣鵬飛，袁續陽

（天津天管特殊鋼有限公司，天津300301）

天津天管特殊鋼有限公司采用100 t EBT電爐→100 t鋼包爐→100 t RH真空處理爐→5流圓坯連鑄機工藝生產?400 mm鑄坯GCr15SiMn軸承鋼。通過優質廢鋼添加鐵水降低入爐料有害元素及P、S含量；控制出鋼碳在0.20%～0.30%；出鋼過程中鋁脫氧，確保Alsol≥0.020%；LF精煉渣堿度控制在4.5～6.5，RH高真空（≤67 Pa）脫氣時間大于15 min；弱攪拌時間≥20 min；RH嚴格控制鋼水上連鑄溫度，連鑄采用低過熱度澆注和合理的結晶器及末端電磁攪拌參數，使鑄坯凝固時產生更小的成分偏析，等軸晶和柱狀晶的分布更加均勻。

EAF-LF-RH-CCM流程；偏心底出鋼；大規格；軸承鋼；成分偏析；圓坯

1 引言

GCr15SiMn軸承鋼是檢驗項目最多、質量要求最嚴、生產難度較大的鋼種之一。通常要求較高的純凈度和更均勻的組織形態，以滿足惡劣工作條件及高服役壽命的要求。天津天管特殊鋼有限公司曾經成功開發出了小規格鑄坯GCr15SiMn軸承鋼生產工藝，積累了一定的生產經驗，在此基礎上，本次開發?400 mm規格GCr15SiMn軸承鋼的生產工藝重點在于開發出合理的連鑄工藝，獲得合格鑄坯。

2 工藝流程及主要技術參數

工藝流程為：100 t EBT電爐→100 t LF→100 t RH→連鑄。

電爐、鋼包爐及連鑄機主要參數見表1。

3 原材料控制

入爐料以廢鋼+鐵水為主，由于廢鋼來源、種類復雜，磷含量的波動較大，易導致冶煉時鋼水中熔清初始磷含量偏高，加重了電爐的脫磷任務。針對軸承鋼冶煉的特性，若降低出鋼氧含量，必須提高電爐出鋼碳，而電爐出鋼碳的提高，勢必對電爐脫磷操作有較大的影響。因此需精料入爐，合理搭配才能滿足軸承鋼生產的需要。

表1 LF及CCM主要技術參數

鑒于此種情況，電爐配料采用全返回廢鋼+鐵水（鐵水比例40%～45%）的配料方案，使用全返回廢鋼，可大幅度的降低了初始磷含量；提高鐵水比例，除可降低入爐料殘余元素含量外，可進一步提高配碳量，提高電爐熔清碳。表2為電爐熔清鋼水典型成分。

表2 電爐熔清鋼水成分/%

4 電爐冶煉工藝

由于普通碳素鋼、中低合金鋼碳含量較低，電爐生產主要是通過KT槍大流量供氧達到快速脫碳、脫磷、縮短冶煉周期的目的。而GCr15SiMn軸承鋼要求較高的碳含量及高純凈度，因此在電爐冶煉工藝控制上與普通品種不同。由常壓下1 600℃碳-氧平衡關系可知，高碳出鋼可降低出鋼氧含量（見圖1）[3]，如果將電爐終點碳控制在0.20%（質量分數）以上，鋼種溶解氧會低于0.02%（質量分數），這樣可減少初煉鋼水的脫氧產物總量，減輕精煉脫氧負擔，為潔凈鋼水的冶煉創造條件。在實際生產中，電爐控制碳較高，脫磷會變得困難。因此在操作上注意大渣量控制，強化流渣，渣子堿度控制在2.0～3.0，保證渣中FeO含量為25%～30%。除此之外，在電爐熔化后期根據爐內碳的情況控制吹氧量；采用小級數供電以防止升溫速度過快造成脫磷困難和脫碳過快。根據生產經驗，出鋼碳控制在0.20%～0.30%，更能兼顧P含量控制及出鋼氧含量。

另外，出鋼過程采用鋁脫氧，根據終點碳控制[Alsol]≥0.020%；圖2給出了1 600℃的鋁脫氧平衡曲線圖[4]，控制出鋼溫度在1 620～1 640℃，防止溫度過高。在出鋼過程中加入鉻鐵，減少精煉的成分調整。為達到精煉過程的穩定控制，減少對精煉處理的影響，必須嚴格控制電爐出鋼下渣，由于是EBT出鋼模式，出鋼下渣量可控制小于50 kg/爐。

圖1 1 600℃碳氧關系曲線

圖2 1 600℃鋁氧平衡曲線

5 LF-RH爐外精煉工藝

由于RH優異的脫氣效果，國外一般采用RH真空脫氣設備來生產對氣體要求含量更低的鋼種。根據鋼中碳含量的不同，采用LF-RH或RH-LF工藝，一般在鋼中碳含量較高的情況下采用LF-RH工藝。試驗表明，配合LF+RH雙聯工藝，具有極強的脫氧、脫氫、脫氮及去夾雜效果，通過要求真空度≤66．7 Pa，時間15 min以上，可以達到[H]≤1× 10-6，脫氮率30%～40%的目標。

5．1 LF

出鋼鋼水到達LF工位后，根據取樣結果，調整鋁絲喂入量，以滿足[Alsol]≥0．020%的工藝要求。造渣過程加入鋁粉及復合脫氧劑進行擴散脫氧，由于電爐出鋼采用了加鋁沉淀脫氧，LF進行擴散脫氧，這種雙重脫氧方式對降低鋼水溶解氧含量及氧化物夾雜有良好的效果。造渣過程注意埋弧操作，保持爐內還原性氣氛，過程中控制好底吹氬氣強度，防止鋼水二次氧化。

LF采用高堿度渣工藝：控制渣中CaO/SiO2≥4．5，渣中TFe<1．0%．其特點是有較高的脫硫能力，可生產S≤0．003%的低硫軸承鋼。同時高堿度渣脫氧能力強，可保持較低的鋼水氧含量。LF結束時渣樣數據見表3。

表3 GCr15SiMn LF結束精煉渣樣分析數據 /%

5．2RH精煉

LF結合RH精煉工藝，可充分利用真空條件強化鋼中碳氧反應，利用碳和鋁進行深脫氧，進一步提高鋁收得率。通過長時間吹氬攪拌，可進一步降低鋼中Al2O3夾雜和D類夾雜含量。LF結束必須控制好進RH溫度，確保真空處理時間及弱攪拌時攪拌效果。

為保證低全氧含量，在RH處理前喂入鋁絲進行終脫氧，鋁絲喂入量目標值RH后鋁含量為0．020%～0．030%。RH處理過程中，不再進行成分調整，RH高真空小于67 Pa保持時間≥15 min。RH處理結束后不進行Ca處理，弱攪拌時間要求20 min以上，確保細小夾雜物的充分上浮。

6 連鑄

（1）鋼包到站后作好保護澆注，首先中間包在鋼包開澆前吹Ar氣保護，鋼包到中間包使用保護套管，采用氬氣保護澆注，并采用密封墊密封的方式，減少二次氧化，控制鋼水氧含量，結晶器使用專用保護渣。

（2）選擇低過熱度區域會形成大量的等軸晶的晶核，等軸晶的長大可進一步抑制柱狀晶的生產，擴大等軸晶比例，細化晶粒；而高過熱度對高碳鋼來說會導致內部組織疏松，嚴重會導致縮孔產生。另外，過熱度過低，鋼水黏度增大，澆注困難，澆注時必須提高拉速，不利于夾雜物的上浮。本次生產中中間包鋼水過熱度控制在30～40℃。

（3）合理控制二冷水冷卻強度及出二冷室鑄坯矯直前溫度，可以有效防止鑄坯表面裂紋的產生。

（4）嚴格控制中間包過熱度及拉速，在30～40℃時拉速控制在0．35～0．37 m/min。合理使用電磁攪拌，以防止鋼水在凝固過程中形成的偏析、中心疏松、縮孔等缺陷。

（5）鑄坯下線入緩冷坑，控制合適的進坑溫度，緩冷時間≥24 h，可有效抑制碳化物析出，同時緩冷可防止產生應力裂紋。

7 實物質量

通過工藝優化，天津天管特殊鋼有限公司在近期的軸承鋼生產過程中，化學成分、低倍評級以及成分偏析度均滿足標準要求。見表4、表5、表6、圖3、圖4。

表4 軸承鋼成品化學成分和氧含量 /%

表5 軸承鋼?400 mm鑄坯低倍評級/%

表6 軸承鋼?400mm鑄坯成分偏析度

圖3 軸承鋼?400 mm鑄坯低倍情況

圖4 軸承鋼?400 mm鑄坯表面情況

8 結語

GCr15SiMn軸承鋼對鑄坯內部和表面質量苛刻的要求決定了冶煉時必須采用不同于普通鋼種的生產工藝，精料入爐，電爐終點C含量的控制和吹氧控制操作，精煉LF爐采用雙重脫氧方式等都是生產過程中的關鍵步驟，最終鋼水中[O]含量低于15×10-6，[H]含量低于1×10-6。為獲得理想的凝固組織和減少成分偏析，連鑄GCr15SiMn軸承鋼?400 mm規格澆注時采用了專用保護渣，合理的二冷水冷卻強度和澆注過熱度，鑄坯下線緩冷處理等，經過評級低倍完全符合標準要求。

[1]劉瀏.軸承鋼產品質量與生產工藝研究[J].河南冶金，2003，11（3）：11-15.

[2]吳巍，吳偉.轉爐冶煉軸承鋼GCr15SiMn的生產工藝研究[J].河南冶金，2007，15（5）：3-4.

[3]傅杰.鋼冶金過程動力學 [M].北京:冶金工業出版社，2001：244.

[4]F奧特斯.鋼冶金學[M].北京:冶金工業出版社，1997：71.

The Process Practice of ? 400 mm Bloom of GCr15SiMn Bearing Steel

WANG Qiang,ZU Feng,ZHANG Liang,JIANG Peng-fei and YUAN Xu-yang
(Tianjin Tianguan Special Steel Company Limited,Tianjin 300301,China)

Tianjin Tianguan Special Steel Company Limited adopts a process route of 100 t Eccentric Bottom Tapping (EBT)EAF→100 t Ladle Furnace→100 t RH Vacuum Treatment Furnace-5 Strand Round Bloom Caster to produce ?400 mm round billet of GCr15SiMn bearing steel．Measures were taken as the following:reducing detrimental elements and P and S contents in burden by quality scrap and molten iron,controlling tapping carbon content within 0．20%～0．30%,deoxidizing with aluminum during tapping and ensuring Alsol≥ 0．020%,controlling LF slag basicity at the range of 4．5～6．5, ensuring the degassing time for RH high vacuum (≤ 67 Pa)longer than 15 minutes,keeping soft stirring time longer than 20 minutes,strictly controlling the temperature of steel arriving at the caster, and adopting low superheat pouring and reasonable mold and F-EMS parameters to restrain composition segregation during round billet solidification and make the distribution of equiaxed grain and columnar crystal more uniform．

EAF-LF-RH-CCM process;Eccentric Bottom Tapping(EBT);large specification;bearing steel;composition segregation;round billet

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．013

2013-09-15

2013-10-12

王強（1981—），男，工程師，主要從事連鑄方面的研究工作。