李家征，张志强
（宣化钢铁集团有限责任公司技术中心，河北宣化，075100）

　　摘　要：宣钢通过转炉双渣、高拉碳操作，控制终点（≥0.15%C，≤0.0010%Ti），LF采用高碱度渣系精炼，连铸控制合理的过热度、拉速，生产的GCr15轴承钢氧含量达到0.0008-0.0012%，N含量0.0037-0.0050%，Ti含量平均0.0026%，质量达到GB/T18254标准要求。
　　关键词：GCr15轴承钢；终点控制；精炼渣组成；质量
　　前言
　　近年来，随着我国制造业的发展，GCr15轴承钢因价格便宜、可切削性好，耐磨性和抗滚动接触疲劳性好的特点，市场需求量逐渐增加。2015年10月，河钢宣钢公司在RH投产后，采用铁水KR脱硫－150t转炉－180tLF—180tRH－连铸方坯（165mm×165mm）连铸工艺进行了GCr15轴承钢的生产试验，并逐步优化，达到月产10000吨的水平，产品质量达到GB/T18254标准要求。
　　1、轴承钢生产工艺流程及生产控制要点
　　根据轴承钢的质量要求，确定工艺流程及生产技术方案为：
　　铁水脱硫（[S]≤0.010%）—150t顶底复吹转炉—180tLF—180tRH－165mm×165mm方坯连铸机（全保护浇注、液面自动控制、结晶器电磁搅拌）—铸坯堆垛缓冷48h—轧制。
　　轴承钢要求钢中氧含量不大于0.0012%，非金属夹杂含量应尽量少，低倍组织要满足低倍对疏松和偏析的要求，钢材不得有显微孔隙及严重的碳化物偏析。此外，轴承钢还要进行顶锻检验，顶锻后试样侧面以目视观察不得有裂纹、扯破、折叠或气泡。
　　GCr15轴承钢试验生产的技术要点为：
　　（1）成品成分控制目标。C按中下限控制，以减小偏析和碳化物的形成，C=0.96%～0.98%，要求各炉次之间钢水碳含量波动按±0.01%控制；Mn按中上限控制，Mn=O.38%～0.42%；Cr=1.45%～1.49%；Si=O.19%～0.25%。
　　（2）转炉终点碳0.15%～0.30%，底吹N2+Ar，控制钢水终点氧含量。
　　（3）控制钢中[N]≤0.0060%。采用低N增碳剂，连铸钢水全程保护浇注。
　　（4）[O]≤0.0010%，[Ti]≤0.0030%。采用Al脱氧降低钢中[O]，要求钢中[Al]s≥0.020%。为避免生成钙铝酸盐点状不变形夹杂，钢水不采用Ca处理。
　　（5）为减轻钢水连铸絮流，要控制钢中夹杂物组成，使其熔点尽量不超过1500℃。此外，该类夹杂物在轧制过程中还可以轻微变形，有利于改善轴承钢的疲劳性能。通过完善保护浇注，使用φ30mm大孔径中间包水口，也可减轻钢水的连铸絮流现象。
　　（6）采用RH真空脱气处理，降低钢中的[O]含量和其它气体含量，并进一步去除脱氧产生的夹杂物。为此要保证RH真空精炼的时间。
　　（7）为减轻铸坯中心偏析和缩孔等缺陷，要求中包钢水过热度：20～30℃，拉速1.1～1.4m/min，采用结晶器电磁搅拌，二冷采用弱冷。
　　（8）控制连铸坯表面质量，避免因铸坯表面缺陷导致的圆钢顶锻裂纹。该钢控制铸坯表面质量的重点是结晶器内钢水的液面波动，液面波动确保不超过±3mm。除采用塞棒液面自动控制外，其它具体措施有：结晶器振动采用高频小振幅；结晶器采用小锥度铜管；浸入式水口插入深度100～130mm；恒拉速拉钢；避免中包水口出现钢水絮流现象等。
　　（9）连铸采用轴承钢专用结晶器保护渣，结晶器冷却水采用较低的水流量。
　　2、转炉生产轴承钢的冶炼控制
　　2.1转炉终点控制
　　转炉终点控制要同时考虑[C]、[Ti]的控制，要尽量将钢中的[Ti]去除。
　　[Ti]与[O]的亲和力极强，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1600℃时，[O]与[Ti]的平衡关系如图1所示。

　　由图1可以看出，当钢液中[O]≥0.0035%时，[Ti]≤0.0010%^[1]。
　　宣钢转炉冶炼轴承钢的终点控制见图2。图2中曲线为t=1600℃时钢中碳氧平衡曲线，“▲”点为轴承钢冶炼的终点碳、氧含量（出钢温度为1600℃～1610℃）。

　　由图2可以看出，当钢液中[C]＝0.50%时，[O]＝0.0050%。因此当转炉冶炼时，将终点[C]控制在不超过0.50%时，能将钢液中[Ti]控制在≤0.0010%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，应将转炉终点C控制在0.15％～0.50％范围内。
　　宣钢由于铁水P含量约0.13%，Ti含量约0.08-0.13%，为保证终点满足要求，转炉采用双渣大渣量操作，前期造双渣并尽可能多倒渣，保证出钢［C］：0.15-0.30%、［P］≤0.012％、出钢温度达到1620℃以上。
　　2.2出钢及合金化
　　转炉出钢过程采用挡渣帽挡前期渣，挡渣球挡后期渣，挡渣球挡住渣后，立即起炉，严禁炉口下渣，减少转炉氧化渣流入大包，控制回钛。
　　出钢时大包全程吹氩，吹氩的同时加入铝块及合金，进一步降低钢水氧含量并保证离站Alt控制在0.030-0.045%。
　　选用含钛低的合金，保证进精炼钛含量达标。使用不同合金时各环节钛含量见图3。

　　3、LF精炼、RH脱气
　　宣钢轴承钢冶炼采用LF+RH精炼工艺。
　　3.1LF精炼
　　LF炉主要任务是脱氧，并控制钢中夹杂物组成。
　　精炼渣组成及熔点见图4。从图4看出，CaO-Al2O3-SiO2三元系中有2个低熔点区域：

　　区域1熔点低于1400℃，其成分范围SiO2为30%～75%，Al2O3为5%～40%，CaO为5%～55%；区域2熔点低于1500℃，其成分范围SiO2为0～17%，Al2O3为30%～55%，CaO为40%～60%^[2]。
　　为改善渣的流动性，在精炼过程中加入萤石，但萤石的作用时间较短，因为渣中的（CaF2）很快就分解成钙离子和氟，（Ca+2）很活泼，容易与钢中或渣中的氧结合生成Ca的氧化物。因此为保证精炼渣具有较好的流动性，应将渣中SiO2控制在10%以下。此外SiO2含量低于10%的高碱度精炼渣，可使钢中夹杂物转变为低熔点的Al2O3?xCaO?yMgO类夹杂^[3]。
　　为避免生成含Ca量较高的点状不变形夹杂物，轴承钢冶炼工艺中不采用Ca处理，但通过控制钢中合适Al含量和渣中各组分含量，通过钢-渣反应使钢液中保持微量Ca含量，有利于非金属夹杂物向低熔点区转变。在LF-RH精炼温度下，钢-渣发生以下反应：
　　3（MgO）+2[Al]=（Al2O3）+3[Mg]
　　3（CaO）+2[Al]=（Al2O3）+3[Ca]
　　Al还原出的[Mg]和[Ca]与钢液中的Al2O3反应，生成Al2O3?xCaO?yMgO复合夹杂物。

　　为此，控制精炼渣组分如表1。

　　LF精炼时将钢中[Al]控制在0.02%以上（将钢液溶解氧尽量全部转化为脱氧产物），将炉渣FeO+MnO含量控制在1%以下（基本丧失对钢水的氧化能力），采用高碱度（CaO/SiO2≥4），高A1203精炼渣，降低渣中SiO2的活度，减少SiO2作为氧源从顶渣向钢水扩散。
　　生产中为了控制钢中Ca，不使用电石进行脱氧，采用铝粒、碳粉等扩散脱氧，不用碳化硅脱氧，控制渣中SiO2含量，提高碱度，白渣保持时间大于15分钟。
　　3.2RH脱气
　　RH精炼主要是去除钢中气体及夹杂物。要求5分钟内达到深真空，真空度＜100pa，纯脱气时间≥15分钟。
　　目标值[H]≤1.5ppm，活度[O]≤4ppm。按目标成分要求调整成分，成分调整后吹氩大于30分钟，压力以钢水不裸露为宜，以保证钢水的纯净度和可浇性。
　　出站前喂SiBa线2-3m/t。
　　4、连铸工艺控制
　　生产GCr15轴承钢的连铸机弧形半径为R1Om，采用结晶器电磁搅拌，结晶器液面自动控制，汽雾二次冷却，选用φ30mm大孔径中间包水口。
　　4.1过热度控制
　　过热度对轴承钢铸坯内部质量影响较大，过热度过高，柱状晶发达，中心疏松比较明显，严重的会导致心部缩孔的产生；过热度高还易使钢液吸气产生二次氧化，增加钢中夹杂物含量；过热度过低，钢水粘度增大，易产生连铸絮流现象，只能靠提高拉速来保证连铸顺行，不利于夹杂物的上浮去除。因此宣钢轴承钢中包钢水的过热度控制目标为25～35℃。
　　为此，使用GCr15专用中间包，要求中包密封良好。开浇前中间包温度≥1000℃，中包全程保护浇注，开浇前中间包内吹入氩气，大包长水口氩封。
　　4.2拉速
　　根据GCr15轴承钢凝固特性，选用小锥度结晶器，结晶器水量：110m3/h；二冷使用弱冷，比水量0.3L/kg，确保铸坯矫直温度大于920℃；拉矫机压力≤2.5Mpa；12个流拉钢，拉速控制见表2。

　　5、连铸坯质量及轧材质量
　　经几个月的工艺实践，所生产的轴承钢连铸坯低倍情况见图5，低倍检验结果见表3。

　　连铸坯堆垛缓冷后分别轧制了φ20mm、φ40mm和φ50mm规格的圆钢，圆钢经热顶锻检验未出现顶锻裂现象。对轧制的圆钢进行取样分析，结果见表4、表5和图6。

　　从圆钢的检验结果看，所生产的GCr15轴承钢完全达到国标GB/T18254标准要求。
　　6、结论
　　（1）宣钢采用150tBOF—180tLF精炼+180tRH脱气—连铸—铸坯堆垛缓冷工艺生产GCr15轴承钢，生产顺利，产品质量达到国标GB/T18254标准要求。
　　（2）选用合适的精炼渣系，控制碱度≥4，SiO2≤10%，Al2O3：20-30%，在保证脱氧、控钛效果的同时，可改善精炼渣的流动性，同时可使钢中夹杂物形成为低熔点的夹杂物。
　　（3）使用低钛物料，完善保护浇注，可控制钢中钛含量≤0.0030%，N含量≤0.0050%。
　　参考文献：
　　[1]刘颖.转炉冶炼低钛轴承钢的生产实践[J].河北冶金，2011（5）：10-11.
　　[2]赵烁，王谦，彭明明等．低碳低合金钢中CaO-Al2O3-SiO2-MgO系夹杂物熔化温度的控制[J]，中南大学学报（自然科学版），2013（8）：3121-3127．
　　[3]李海波，林伟，王新华等．铝脱氧钢中尖晶石夹杂物的生成与转变[J]，特殊钢，2007（4）：30-32．

来源：《冶金信息导刊》2016年第5期