CN102925818A - 一种抗腐蚀耐髙温轴承钢及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗腐蚀耐髙温轴承钢，该轴承钢按重量百分比其成分为：C0.65～0.74%、Si0.60-0.80%、Mn0.25-0.65%、Cr17.00～19.00%、Mo0.50～0.70%、Ni0.35～0.65%、Cu0.15～0.25%、V0.15～0.25%、P≤0.040%、 S≤0.030%，余量是Fe和不可避免的杂质。包括电炉冶炼、LF精炼炉、VD真空炉、连铸和轧钢。该轴承钢具有抗腐蚀耐髙温性能，可在200-250℃的高温、腐蚀性环境下使用。
Description
技术领域：
本发明属于冶金领域，涉及一种轴承钢，具体地说是一种抗腐蚀耐髙温轴承钢及其生产工艺。
背景技术：
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。轴承钢生产工艺流程为：电炉冶炼→LF炉精炼→VD炉真空处理→连铸→缓冷或热送→轧材→精整→检验入库。
为了满足对动轴承的性能的要求，对轴承钢材料提出了以下一些基本的性能要求： 高的接触疲劳强度；热处理后应具有高的硬度或能满足轴承使用性能要求的硬度；高的耐磨性、低的摩擦系数；良好的冲击韧性和断裂韧性；良好的防锈性能；良好的冷、热加工性能。
根据以上对轴承用钢的基本要求，对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷、氢等含量以及非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况，因为非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况对轴承钢的使用寿命影响很大，往往轴承的失效就是在大的夹杂或碳化物周围产生的微裂纹扩展而成。夹杂物的含量和钢中氧含量密切相关，氧含量越高，夹杂物数量就越多，寿命就越短。夹杂物和碳化物粒径越大、分布越不均匀，使用寿命也越短，而它们的大小、分布状况与使用的冶炼工艺和冶炼质量密切相关，现在生产轴承钢的主要工艺是连铸以及电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼，还有少量采用真空感应+真空自耗的双真空或+多次真空自耗等工艺来提高轴承钢的质量。在某些特殊场合，要求轴承钢具有较强的抗腐蚀和耐髙温性，现有的轴承钢及生产工艺不能满足要求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种抗腐蚀耐髙温轴承钢及其生产工艺，该轴承钢可在200-250℃的高温、腐蚀性环境下使用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种抗腐蚀耐髙温轴承钢，其特征在于：该轴承钢按重量百分比其成分为：C 0.65～0.74%、Si 0.60-0.80% 、Mn0.25-0.65% 、Cr 17.00～19.00% 、Mo 0.50～0.70% 、Ni 0.35～0.65% 、Cu 0.15～0.25% 、V 0.15～0.25% 、 P≤0.040% 、 S≤ 0.030%，余量是Fe和不可避免的杂质。
其中，优选成份按重量百分比为：C 0.66～0.73%、Cr 17.500～18.50%、Mo0.55～0.650% 、 V 0.17-0.23%、Si 0.65-0.75%、Mn 0.30-0.60% 、 Ni 0.35-0.55% 、Cu 0.15-0.23%。
一种抗腐蚀耐髙温轴承钢的生产工艺，其特征在于该工艺具体如下：
1）电炉冶炼：铁水加生铁量≥总配料量的70%，配碳量≥1.0%,脱碳量≥0.80% ，电炉终点控制目标C≥0.08％，P≤0.008%,温度≥1610℃,定氧:[O]≤700PPm；
2）LF精炼炉： 精炼时间≥30min，过程根据渣况补加CaO，前期使用Al粒加高品位碳化硅脱氧，中后期使用高品位碳化硅保持白渣；根据Alt含量补加铝铁或铝线，Alt 保持≥0.020%，精炼后期控制进VD 前〔Al〕：0.020-0.040％；精炼过程各成份目标值重量百分比为(%)：C 0.70 ，Si 0.70， Mn0.50 ，Cr18.00 ，Mo0.60 ， V 0.20 ， Ni 0.50 ，Cu0.20
3）VD真空炉：在真空度≤1毫巴下保持，真空保持时间≥12min，破真空后确保软吹Ar≥20min以上；用喂线或加合金进行微调, 喂线或加合金顺序如下 Mo、 Ni 、Cu 、 V、 Cr Si 、C、Al、Ca；
4）连铸：连铸第一炉：1510 
1520℃，连浇炉：1498
1510℃，过热度：20-30℃，髙碳保护渣；严格控制拉速，保证电磁搅拌和末搅正常运行，保证中间包、结晶器液面稳定，防止卷渣，保证侵入式水口对中及***深度；坯料不得热装热送；
方坯需入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥550°C, 缓冷时间≥48小时以上可开盖自然冷却，开盖36小时后可以出坑；
5）轧钢：预热段≤850℃ 加热段 1200－1250℃ 均热段1200－1230℃, 总加热时间160～175分钟；出入钢节奏每支坯90～100秒；水除鳞压力≥20MPa；开轧温度≥1100-1130℃, 终轧温度≥950℃；轧后轧材入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥500℃，保温时间≥48小时，出坑温度≤200℃；得到抗腐蚀耐髙温轴承钢。
本发明中，各元素的作用如下：
C：在所有元素中,碳提高强度的能力最大，碳对淬火回火钢的强化大约为硅的5倍，铬的9倍和锰的18倍,所以为保证轴承钢具有足够的强度、硬度和耐磨性能，钢中必须含有相当高的碳含量。
Cr：对钢起强化作用，提高钢的淬透性能、并提髙钢髙温下的抗氧化性能、抗腐蚀性能。
Mn：提髙钢的强度和淬透性。
Mo ：提髙钢的热强性、红硬性、淬透性、耐磨性。
V：提髙钢的淬透性、耐磨性、硬度。
Si：增加钢在髙温下的回火抗力。
Ni、Cu增加钢的耐蚀能力。
本发明的优点是：
考虑到腐蚀性、髙温下轴承钢苛刻工作环境、抗腐蚀、抗髙温、高强度、高寿命、耐疲劳等方面的要求。防止措施有：加入了起热强性能的Mo合金、加入了起抗氧化、耐腐蚀的Cr、Ni、Cu合金。且Cr、V、Mo、Mn都改善了钢的淬透性，Si增加了钢的抗回火能力。真空脱气处理主要是减少钢液中的氧、氢等气体成分，以减少大型的非金属夹杂物。对非金属夹杂物进行Ca处理，即控制硬质不变形的非金属夹杂物,使之成为软性的夹杂物。
本发明得到的轴承钢，牌号可以为7Cr18MoSiV，可在200-250℃的高温、腐蚀性环境下使用，完全满足用户需求。
具体实施方式：
一种抗腐蚀耐髙温轴承钢7Cr18MoSiV，该轴承钢按重量百分比其成分如下表1： 其中，1为实施例1的成分，2为实施例2的成分。
表1（wt%）
本发明中按C 0.65～0.74%控制，优选为C 0.66～0.73% ,Cr 17.00～19.00%,优选17.500～18.50%， Mo0.500-0.70%,优选0.555～0.650% , V 0.15-0,25%,优选0.17-0.23%，Si0.60-0.80%，优选为0.65-0.75%，Mn0.25-0.65%， 优选为0.30-0.60% Ni 0.30-0.60% ,优选为0.35-0.55% ,Cu0.15-0.25%,优选为0.15-0.23%。
按规格范围的中下限计算量向钢中加入髙碳铬铁, 加入Fe-Mo和Fe-V，Fe-Ni使C达到0.67%,Cr达到17.50%,Mo达到0.55%,V达到0.18%,Ni达到0.50%,Cu达到0.20%，Si达到0.65%,Mn达到0.50%。
具体工艺如下：
电炉冶炼：在某厂100吨电炉冶炼，因需要走真空，钢包要留有自由空间，出钢量目标为88吨，配料选用优质废钢、铁水、生铁。铁水加生铁量≥总配料量的70%。配碳量≥1.0%,脱碳量≥0.80% 。电炉终点控制目标C≥0.08％，P≤0.008%,T≥1610℃,定氧:[O]≤700PPm,电炉出钢过程中钢包内每吨钢水渣料及合金加入量为：复合中铝3-4Kg, 硅铁8-9Kg低磷锰铁6-7kg，加入含Cr60%髙碳铬铁300kg，加入含Mo60%Fe-Mo10Kg, 加入含V50%的Fe-V3Kg, 加入Ni板5Kg,(上述合金可先在另一电炉熔化后冲入出钢钢水),加入石灰 8Kg ,萤石2Kg等。
LF精炼炉：
1. 精炼时间≥30min以上，过程根据渣况补加CaO，前期使用Al粒加高品位碳化硅（高纯石墨炭材）脱氧，中后期使用高品位碳化硅（高纯石墨炭材）保持白渣；
2. 根据Alt含量补加铝铁或铝线，Alt 保持≥0.020%以上，精炼后期控制进VD 前〔Al〕：0.020-0.040％；
3. 精炼过程各成份目标值重量百分比为(%)：
C 0.70 ，Si 0.70， Mn0.50 ，Cr18.00 ，Mo0.60 ， V 0.20 ， Ni 0.50 ，Cu0.20
VD真空炉
1.在真空度≤1毫巴下保持，真空保持时间≥12min，破真空后确保软吹Ar≥20min以上。
2．用喂线或加合金进行微调, 喂线或加合金顺序如下 Mo、 Ni 、Cu 、 V :、 Cr Si 、C、Al、Ca。
3. 微调成分操作如下： 根据取样结果按目标值进行微调。
4. C线喂完后可以立即喂入Al线：80-100m,然后搅拌3min以上喂入Ca一Fe线：50-80m, 完毕后再确保静搅5-10min以上，静搅过程取样后吊包上连铸。
5. 静搅过程根据温度加入保温剂≥100kg; 真空出站温度如下：吊包参考温度（℃）
连铸：该钢的液相线温度为1438℃
连铸第一炉：15101520℃
连浇炉：14981510℃
推荐过热度：20-30℃，保护渣：髙碳保护渣 ， 覆盖剂 ：TD-BA， 断面:(mm*mm)：220*260, 振幅±3mm,频率65+65V, 一冷水量：1900L/min(以结晶器进出水温差6-9℃为准)。MES:220A*3HZ , F-EMS150A*6HZ 。
二冷水比水量 0.25L/Kg钢
拉速(m/min ) △T﹥35°C 0.70 m/min，
△T ≤ 35°C 0.75m/min，
連铸要点如下：
1.连铸严格控制拉速，保证电磁搅拌和末搅正常运行，保证中间包、结晶器液面稳定，防止卷渣，保证侵入式水口对中及***深度。
2.坯料冷却要求：不得热装热送。
方坯需入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥550°C, 缓冷时间≥48h以上可开盖自然冷却，开盖36h后可以出坑；
3. 每组每流铸坯取样检测低倍。
轧钢：
1)．预热段≤850℃ 加热段 1200－1250℃ 均热段1200－1230℃, 总加热时间160～175（分）。出入钢节奏每支坯90～100（秒）
2)．水除鳞压力≥20MPa。
3)．开轧温度≥1100-1130℃, 终轧温度≥950℃。
4)．轧后轧材入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥500℃，保温时间≥48小时，出坑温度≤200℃；得到抗腐蚀耐髙温轴承钢。
力学性能比较见表2；晶拉度： 7级 。 低倍见表3；夹杂物见表4；末端淬透性见表5；室温和473K温度下试样和轴承的滚动接触疲劳寿命试验结果见表6；在人工海水和在稀硝酸中的耐腐蚀试验见表7；
表2
表3
| 锭型偏析 | 中心疏松 | 一般疏松 | 一般点状偏析 | 边缘点状偏析 | |
| 实施例1 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 |
| 实施例 2 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 |
表4
| A粗 | A细 | B粗 | B细 | C粗 | C细 | D粗 | D细 | |
| 实施例1 | 1.0 | 1.0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 实施例2 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 1 | 0 |
表5
| 牌号 | J1.5 | J5 | J9 | J15 | J25 |
| 实施例1 | 59 | 58 | 55 | 45 | 39 |
| 实施例2 | 60 | 58 | 56 | 46 | 39 |
表6
| 室温下的L10 | 473K时的L10 | |
| 试样×10 7循环（h） | 试样×10 7循环(h) | |
| 实施例1 | 78 | 301 |
| 实施例2 | 79 | 299 |
表7
Claims (3)
1.一种抗腐蚀耐髙温轴承钢，其特征在于：该轴承钢按重量百分比其成分为：C 0.65～0.74%、Si 0.60-0.80% 、Mn0.25-0.65% 、Cr 17.00～19.00% 、Mo 0.50～0.70% 、Ni 0.35～0.65% 、Cu 0.15～0.25% 、V 0.15～0.25% 、 P≤0.040% 、 S≤ 0.030%，余量是Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的抗腐蚀耐髙温轴承钢 ，其特征在于：优选成份按重量百分比为：C 0.66～0.73%、Cr 17.500～18.50%、Mo0.55～0.650% 、 V 0.17-0.23%、Si 0.65-0.75%、Mn 0.30-0.60% 、 Ni 0.35-0.55% 、Cu 0.15-0.23%。
3.一种权利要求1所述抗腐蚀耐髙温轴承钢的生产工艺，其特征在于该工艺具体如下：
1）电炉冶炼：铁水加生铁量≥总配料量的70%，配碳量≥1.0%,脱碳量≥0.80% ，电炉终点控制目标C≥0.08％，P≤0.008%,温度≥1610℃,定氧:[O]≤700PPm；
2）LF精炼炉： 精炼时间≥30min，过程根据渣况补加CaO，前期使用Al粒加高品位碳化硅脱氧，中后期使用高品位碳化硅保持白渣；根据Alt含量补加铝铁或铝线，Alt 保持≥0.020%，精炼后期控制进VD 前〔Al〕：0.020-0.040％；精炼过程各成份目标值重量百分比为(%)：C 0.70 ，Si 0.70， Mn0.50 ，Cr18.00 ，Mo0.60 ， V 0.20 ， Ni 0.50 ，Cu0.20；
3）VD真空炉：在真空度≤1毫巴下保持，真空保持时间≥12min，破真空后确保软吹Ar≥20min以上；用喂线或加合金进行微调, 喂线或加合金顺序如下 Mo、 Ni 、Cu 、 V 、 Cr Si 、C、Al、Ca；
4）连铸：连铸第一炉：1510~1520℃，连浇炉：1498~1510℃，过热度：20-30°C ，髙碳保护渣；严格控制拉速，保证电磁搅拌和末搅正常运行，保证中间包、结晶器液面稳定，防止卷渣，保证侵入式水口对中及***深度；坯料不得热装热送；
方坯需入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥550°C, 缓冷时间≥48小时以上可开盖自然冷却，开盖36小时后可以出坑；
5）轧钢：预热段≤850℃ 加热段 1200－1250℃ 均热段1200－1230℃, 总加热时间160～175分钟；出入钢节奏每支坯90～100秒；水除鳞压力≥20MPa；开轧温度≥1100-1130℃, 终轧温度≥950℃；轧后轧材入坑缓冷，缓冷坑必须干燥，入坑温度≥500℃，保温时间≥48小时，出坑温度≤200℃；得到抗腐蚀耐髙温轴承钢。
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