CN114774771A - 一种大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢及其生产方法，其化学成分按质量百分比％计为C：0.17～0.23，Si：0.15～0.40，Mn：0.30～0.60，Cr：1.25～1.75，Mo：≤0.08，Ni：3.25～3.75，Al：0.01～0.05，P≤0.020，S≤0.015，Cu≤0.20，Nb：0.05～0.09，V：0.07～0.13，Ca≤0.0010，Ti≤0.0015，O≤0.0008，余量为Fe及不可避免的杂质。钢的金相组织为贝氏体，晶粒度≥5级。采用连铸CCM大连铸坯—缓冷—加热轧制成中间坯—缓冷—加热轧制成材—缓冷、退火—精整的成型的生产方法。本申请钢材的贝氏体组织要比电渣钢更加细小均匀，生产成本更低，显著提高了该类钢品的市场竞争力。

Description

一种大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种渗碳轴承钢及其生产方法。
背景技术
轧机轴承是轧钢机器的重要零部件，其质量和使用寿命直接关系到轧机的生产效率、产品质量及生产成本。目前，轧钢机正向着重载、高速和高效方向发展。给轧机轴承的设计、制造、使用、维修和检测带来了一场革命，同样也对轧机轴承材料提出了更高的要求。与普通轴承相比.用于轧钢机械的轴承工作条件更为恶劣，特别是针对大载荷用轧机轴承，在使用过程中需要承受更大的冲击力，制造此类轴承的材料除高强度、高硬度、高耐磨性的要求外，还必须具备足够的耐冲击性能。
目前，中国国内所用的轧机轴承大多采用传统的高碳铬轴承钢GCr15或GCr15SiMn。这是轴承钢的代表钢种，具有良好的使用性能和良好的工艺性能以及较低价格，同时，其冶炼工艺及热处理等加工工艺均比较成熟，是制造普通轴承套圈和滚动体的首选钢种。但是，经传统马氏体淬回火处理的高碳铬轴承钢用于轧机轴承生产时也存在如下一些问题：如高碳铬轴承钢属过共析钢，碳含量高达0.95～l.05％，致使最终钢材的金相组织具有很大的脆性，断裂韧度通常较低；同时在热处理和热加工过程中，钢材表面易于氧化脱碳，淬火后表面可形成残余拉应力状态，极易在后续加工或使用中产生表面裂纹；此外，轧机轴承在使用过程中承受的冲击载荷相当大，很容易引起表面裂纹的扩展、开裂.造成轴承早期失效.影响轧机正常运行，并且由于轧机轴承套圈的外形尺寸大、重量重、壁厚大，GCr15或GCr15SiMn轴承钢的淬透性有限，其热处理质量不易达到标准的规定，从而给轧机轴承生产带来了较大的团难。
选用渗碳轴承钢是提高轧机轴承耐冲击性能及使用寿命的另一条途径。大型轧机的轴承尺寸一般很大。在极高的接触应力下工作，频繁的经受冲击和磨损。因此，对这些大型轴承的使用除应有对一般轴承的要求外，还要求心部有足够的韧性和更高的抗压强度和硬度，所以可选用渗碳轴承钢制造。其中，渗碳钢G20Cr2Ni4经过渗碳淬火和低温回火处理后，材料表层具有高的硬度，耐磨性和接触疲劳强度，而心部碳含量较低，具有良好的韧性，可承受较大载荷的冲击，很适宜用于制造大型的轧机轴承。与高碳铬轴承钢相比，渗碳轴承的使用寿命长，耐冲击性能好，可用于制备大载荷用轧机轴承。
目前，渗碳轴承钢国标GB/T 3203明确规定，对于高级渗碳钢G20Cr2Ni4A，必须采用电渣重熔工艺生产。由于电渣重熔工艺生产的钢材具有非金属夹杂物颗粒细小且夹杂物分布均匀、组织更均匀、致密等诸多质量优势，因此，其质量稳定性一直较好。但电渣重熔生产工艺也存在生产效率、产能非常低，能耗和生产成本非常高等明显的生产方法劣势，因此，电渣重熔的该钢种的市场竞争力很低。相对于电渣重熔工艺，采用真空脱气加连铸工艺可大幅度提高生产效率和产能，大幅度降低能耗和生产成本，因而更加具有竞争优势。
发明内容
本发明针对上述现有技术提供一种大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢，使用连铸的方法进行生产，该渗碳轴承钢在满足大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢的质量要求基础上，具有很强的市场竞争力。
本申请在现有国标GB/T 3203中规定的高级优质钢G20Cr2Ni4A技术标准要求的基础上，一方面通过对化学成分进行微调及优化，另一方面采取真空脱气、连铸、轧制的高效率、大产能、低成本工艺生产路线，并对成型工序进行优化，通过提高钢的纯净度，采用特殊的轧制工艺改善钢材组织，使钢材的组织实现高纯净度、高组织均性和致密度，从而满足大载荷轧机轴承的使用要求，替代了该钢种依赖的电渣重熔生产工艺。
本发明所采用的技术方案为：本发明的大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢的化学成分按质量百分比％计为C：0.17～0.23，Si：0.15～0.40，Mn：0.30～0.60，Cr：1.25～1.75，Mo：≤0.08，Ni：3.25～3.75，Al：0.01～0.05，P≤0.020，S≤0.015，Cu≤0.20，Nb：0.05～0.09，V：0.07～0.13，Ca≤0.0010，Ti≤0.0015，O≤0.0008，余量为Fe及不可避免的杂质。
主元素C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Al、Ni均在当前国标GB/T 3203-2016渗碳轴承钢规定的G20Cr2Ni4范围内，但在此基础上添加了V和Nb元素。添加Nb(铌)，因为铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性，同时还能提高钢的热强性，提高轧机轴承在高温运转时的使用寿命；添加V(钒)，钒能够提高钢材的强度和韧性，而且钒与碳形成的碳化物，可提高钢材在高温高压作业环境中的抗腐蚀能力。对于轧机轴承这种在高温、重载及运行环境恶劣的情况下工作，可以提高其使用寿命。另外，由于本发明采用真空脱气+连铸工艺，相对电渣重熔工艺可以显著降低有害元素O和N，因此相对于GB/T3203-2016中规定，O可以控制在≤0.0008％，Ti控制在≤0.0015％
本发明主要检验项目和指标的确定：
本发明对微观夹杂物及宏观夹杂物都提出严格的要求，微观夹杂物包括A类、C类塑性夹杂物和B类、D类脆性夹杂物。因脆性夹杂物在钢中是硬的质点，在轴承运转时产生应力集中，同时在钢的变形过程中易与基体分离产生裂纹，更加剧了应力集中易引起开裂，夹杂物颗粒越大、长度越长其危害越大；而塑性夹杂物在钢中是软的质点，在钢的变形过程中不易与基体之间产生分离，因此其危害较小。
本发明生产的合格渗碳轴承钢微观脆性夹杂物细小：B细系≤1.5级、B粗系≤1.0级、D细系≤1.0级，D粗系≤1.0级、DS系≤1.0级，具体要求见下表1。而宏观夹杂物显著降低了钢的耐磨性、造成严重的应力集中易引起轴承使用过程中的的早期失效，本发明的宏观缺陷要求采用塔形发纹酸浸检验，无发纹存在。
表1
Figure BDA0003527735840000031
钢材低倍组织的均匀性和致密度对轴承的寿命有影响，采用GB/T 1979对钢材低倍组织评级，满足：中心疏松≤1.0级、一般疏松≤1.0级、锭型偏析≤1.0级，中心偏析≤1.0级，并且不允许出现缩孔、裂纹及皮下气泡。
为保证钢材的强度、韧性及耐冲击性，本发明渗碳轴承钢的金相组织为均匀细小的贝氏体组织，要求晶粒度≥5级，同时对抗拉强度要求≥1180MPa，冲击性能AKU要求≥63J，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥45％，为保证钢材的冷加工性能，要求硬度≤241HBW，脱碳要求≤0.8％D(D为直径)。
本申请的另一目的是提供大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢的生产方法，采用连铸代替电渣重熔的方式冶炼坯料，主要步骤如下，
(1)钢水冶炼；
(2)采用连铸工艺将钢水浇铸成连铸坯，优选地，连铸坯尺寸大于300mm×400mm，确保钢材压缩比大于4；
(3)连铸坯缓冷：连铸坯缓冷是将连铸坯下坑缓冷，其中下坑温度大于650℃，下坑缓冷时间大于48小时，出坑温度小于300℃；
(4)轧制成中间坯：缓冷后的连铸坯优选在中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热至1210℃-1260℃，加热保温时间≥10h，使钢材进行充分的高温扩散。经高温扩散的连铸坯在轧制前先经高压水除鳞，除鳞一方面去除连铸坯表面氧化铁皮，另一方面迅速降低连铸坯表面温度，这是因为经计算研究，通过除鳞降温，使铸坯表面温度低于心部温度100-200℃时，铸坯的心部组织在形变过程中优先发生形变和再结晶，从而能够大幅改善大断面连铸坯的心部疏松和偏析。在高压水除鳞后进行轧制，开轧温度控制在1020-1100℃(指连铸坯表面温度)，此时连铸坯心部温度在1180-1250℃，从而实现非均温轧制以控制钢材心部质量的目的。
在轧制初轧过程中，优选采用往复式两辊粗轧机将大连铸坯实施多道次轧制，小压下轧制(变形≤10％)和大压下轧制(变形≥15％)交替进行。一方面通过初轧过程的大压下轧制，使轧制渗透力从钢坯表面传导到钢坯心部，从而改善钢材心部偏析情况，另一方面，通过控制连铸坯宽面和窄面不同的轧制压下量，且对于中间轧制道次，宽面和窄面优选分别进行至少一道次大压下轧制和一道次小压下轧制，可以提高钢材力学性能的各向同性，保证客户的使用要求。
对于方形连铸坯而言，其具有四个面，以总道次数为7的初轧为例，具体操作如下：第1道次对连铸坯宽面压下的变形量约9.7％，将坯料翻转90°，第2道次压下的变形量约15.4％，第3道次压下量的变形量约3.6％，再将坯料翻转90°，第4道次压下的变形量约23％，第5道次压下的变形量约5％，最后再将坯料翻转90°，第6道次压下的变形量约18.8％，第7道次压下的变形量约4.3％，最终轧制成中间坯200mm×200mm；中间坯两端各切除200mm。通过这种轧制工艺，使粗轧过程的轧制渗透力从钢坯表面传导到钢坯心部，从而改善钢材心部偏析情况。
通过在生产过程中将大断面铸坯与非均温轧制相结合，并结合了初轧大压下的生产技术，能够大幅细化和均匀化钢中的基体组织。
(5)中间坯缓冷及轧制成材。中间坯需要缓冷，优选下坑缓冷，入坑温度≥600℃，起坑温度≤300℃，缓冷时间≥60h，缓冷出坑24小时内将中间坯再次送加热炉加热至1200℃～1250℃，保温时间≥3h，开轧温度为1050℃～1130℃，终轧温度≥950℃，最终轧制成品规格为φ50mm—Φ130mm的圆钢目标尺寸。
(6)轧材缓冷、退火。将轧后棒材再次缓冷，仍优选入坑缓冷，入坑缓冷温度要求≥450℃，起坑温度≤200℃，时间≥48小时。棒材于起坑后24小时内进行去应力退火处理；去应力退火温度为650-750℃，保温时间≥5h，随后随炉冷却至400℃后出炉空冷至室温。
(7)精整。对钢材进行矫直、探伤等精整工序。所有产品需100％经过无损检测，检测合格才为合格产品。
步骤(1)是将冶炼原料依次经铁水预处理KR、电炉或转炉冶炼、LF精炼、RH或VD真空脱气得到符合化学成分的纯净钢水。其中，电炉或转炉出钢终点碳控制在0.08-0.15％，终点磷控制在≤0.20％，出钢温度在1620-1700℃之间，出钢过程加Al铁进行预脱氧，出钢后进行扒渣操作，并重新加入合成渣；LF精炼进行加热、合金化、脱氧，控制终点铝含量0.02％～0.04％，脱氧采用渣面扩散脱氧方式，精炼前期配加合金到位，整个LF冶炼时间≥1小时；真空脱气全程氩气搅拌，100Pa真空下保持时间≥20分钟，使钢水中H含量≤2ppm，真空脱气后软吹时间≥25分钟，促进钢水中夹杂物充分上浮。整个冶炼原料选用优质铁水、废钢及原辅料，选用优质耐材，选用低钛、低钙合金，冶炼采用高性能精炼合成渣，控制钢材各类夹杂物的数量及形态，钢包保持长时间的夹杂物去除过程，让非金属夹杂物充分上浮，选择专用精炼渣和中间包保护渣吸附夹杂物。
步骤(2)连铸采用中间包感应加热、轻压下和电磁搅拌，有效改善铸坯偏析和材料组织，连铸采用低过热度浇注，连铸过热度控制在≤25℃，连铸拉速控制在0.40-0.50m/min，有效改善材料的均匀度，最终连铸出与钢材成品化学成分相符的连铸坯。
与现有技术相比，本发明渗碳轴承钢的生产方法具有如下特点：
1、采用真空脱气加连铸的生产工艺，相比电渣重熔技术，大大缩减了生产周期，提高了生产效率，有效降低了制造成本，实现了规模化生产，并有利于提高材料成分和产品质量稳定性。
2、采用Al脱氧技术及真空脱气将钢中的O、H含量降低至极低水平，有效控制夹杂物数量和尺寸，经检测，本发明产品的夹杂物数量和尺寸均达到了世界领先水平。
3、连铸采用低过热度浇注，并采用中间包感应加热、轻压下和电磁搅拌技术，有效改善铸坯偏析和材料组织；采用大断面全程保护浇注，从而保证了材料的致密度。
4、采用大断面铸坯与非均温轧制相结合，并结合了初轧大压下的生产技术，大幅细化和均匀化钢中的基体组织，提高组织各向同性。
5、对连铸坯及中间坯进行下坑缓冷处理，避免钢材因表面及内部的热应力及组织应力变化而出现开裂的现象。
本发明生产的大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢满足如下指标要求：
微观夹杂物根据GB/T 10561A法检验，B细系≤1.5级、B粗系≤1.0级、D细系≤1.0级，D粗系≤1.0级、DS系≤1.0级；宏观缺陷要求采用塔形发纹酸浸检验，并且不允许发纹存在；低倍组织要求采用GB/T 1979对钢材低倍组织评级，要求中心疏松≤1.0级、一般疏松≤1.0级、锭型偏析≤1.0级，中心偏析≤1.0级，并且不允许出现缩孔、裂纹及皮下气泡。发明钢金相组织要求为均匀细小的贝氏体组织，要求晶粒度≥5级。发明钢力学性能要求：抗拉强度要求≥1180MPa，冲击性能AKU要求≥63J，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥45％。为保证钢材的冷加工性能，要求硬度≤241HBW。
附图说明
图1为本发明实施例中渗碳轴承钢的典型金相组织(100×)放大图；
图2为本发明实施例中渗碳轴承钢的典型金相组织(500×)放大图；
图3为对比例中电渣钢的典型金相组织(100×)放大图；
图4为对比例中电渣钢的典型金相组织(500×)放大图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢的制造流程为采用铁水预处理+顶底复吹转炉BOF(大功率电弧炉EAF)-钢包精炼炉LF-真空循环脱气炉RH(VD炉)-大截面连铸CCM大连铸坯—缓冷—加热轧制成中间坯—缓冷—加热轧制成材—缓冷、退火—精整的成型工艺生产钢材。连铸坯规格300mm×400mm，成品钢的规格为φ50mm-Φ130mm，压缩比≥4。
具体地，冶炼时选用优质铁水、废钢及原辅料，选用优质脱氧剂及耐火材料。在电炉/转炉生产过程中，三个实施例的出钢终点C分别控制在0.08-0.15％，终点P控制在≤0.020％以下，出钢温度在1620℃-1700℃，出钢过程加Al铁进行预脱氧，出钢后进行扒渣操作，并重新加入合成渣，连铸过热度控制在≤25℃之内，连铸拉速控制在0.40-0.50m/min。将生产出的连铸坯下坑缓冷，其中下坑温度大于650℃，下坑缓冷时间大于48小时，出坑温度小于300℃。缓冷结束后将上述连铸坯送至中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热并轧制成中间坯。中间坯需下坑缓冷，入坑温度≥600℃，起坑温度≤300℃，缓冷时间≥60h，缓冷出坑24后再次轧制成棒材，轧制完成后将棒材下坑缓冷。棒材于起坑后24小时内进行去应力退火处理；去应力退火温度为650-750℃，保温时间≥5h，随后随炉冷却至400℃后出炉空冷至室温。而后再对棒材进行后续探伤精整等。
本发明各实施例和(作为对比的)目前市场上所用的电渣重熔的G20Cr2Ni4的化学成分(wt％)见表2。
表2
Figure BDA0003527735840000071
表2
Figure BDA0003527735840000072
从成分上看，与本发明与电渣钢的区别主要在于：本发明添加了微量合金元素Nb和V；此外，因采用真空脱气+连铸工艺，有害元素氧、钛含量控制要明显优于电渣材。
表3各实施例与电渣对比钢的非金属夹杂物检测情况
Figure BDA0003527735840000073
从非金属夹杂物检测情况看，本发明与电渣钢指标略好。
表4各实施例的晶粒度、硬度及力学性能数据
Figure BDA0003527735840000081
从力学性能看，本发明添加了少量合金元素Nb和V，比电渣钢晶粒度要更细，强度、冲击韧性各指标都要明显优于电渣钢。
表5各实施例钢材的低倍数据
中心疏松 一般疏松 锭型偏析 中心偏析 裂纹 缩孔 皮下气泡
本发明实施例1 1 1.0 1.0 1.0 无 无 无
本发明实施例2 1 1.0 1.0 1.0 无 无 无
本发明实施例3 1 1.0 1.0 1.0 无 无 无
对比钢 1 1.0 1.0 1.0 无 无 无
从低倍检验看，本发明对电渣钢指标相当。
图1、2为本发明实施例的典型金相组织图，图3、4为对比例的典型金相组织图，对比例电渣钢组织为粗大不均匀的贝氏体，实施例为细小均匀的贝氏体组织。本发明的金相组织比电渣钢要更加细化及均匀。一方面是由于在钢材中添加了Nb元素，细化了钢材的晶粒。另一方面，在生产过程中将大断面铸坯与非均温轧制相结合，并结合了初轧大压下的生产技术，从而大幅细化和均匀化钢中的基体组织。
由表2、3、4、5及金相组织图的对比可知，本发明各实施例中的大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢与电渣重熔的G20Cr2Ni4钢相比具有如下优势：
1、采用真空脱气+连铸工艺，有害元素O、Ti等指标明显优于电渣钢，这也是真空脱气+连铸工艺相对于电渣工艺的传统优势。
2、从非金属夹杂物及低倍检验结果来看，由于本发明在冶炼原辅材料的精心挑选以及冶炼加工工艺上的优化，非金属夹杂物指标不差于电渣钢；此外，由于在生产过程中添加细化晶粒的Nb元素，并在轧制过程中采用初轧大压下结合非均温轧制技术，钢材的低倍质量不差于电渣钢，且钢材的贝氏体组织要比电渣钢更加细小均匀。
3、从力学性能对比结果看，由于本发明的组织更加细小均匀，且添加微量的V元素，冲击及拉伸等力学性能要明显由于电渣钢的性能指标，这样更有利于提升最终轧机轴承的使用寿命。
本发明钢材各项技术指标完全符合目前GB/T 3203中高级优质钢的技术指标，且各项技术指标不差于电渣钢。
综上，本发明涉及的一种大载荷轧机轴承用渗碳轴承钢及其生产方法，通过在钢材中添加微合金元素，采取真空脱气、连铸、轧制的高效率、大产能、低成本工艺路线，并对关键工序进行优化研究和控制，从而使钢材获得了高的纯净度、高的组织均匀性和高的致密度，能够完全替代原先的电渣重熔工艺。在生产效率、生产成本和产品质量稳定性上更具竞争力。

Claims (12)

1.一种渗碳轴承钢，其特征在于：其化学成分按质量百分比％计为C：0.17～0.23，Si：0.15～0.40，Mn：0.30～0.60，Cr：1.25～1.75，Mo：≤0.08，Ni：3.25～3.75，Al：0.01～0.05，P≤0.020，S≤0.015，Cu≤0.20，Nb：0.05～0.09，V：0.07～0.13，Ca≤0.0010，Ti≤0.0015，O≤0.0008，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的渗碳轴承钢，其特征在于：钢的金相组织为贝氏体，晶粒度≥5级。
3.根据权利要求1所述的渗碳轴承钢，其特征在于：按照GB/T 10561A法检验钢的微观脆性夹杂物，满足：B细系≤1.5级、B粗系≤1.0级、D细系≤1.0级，D粗系≤1.0级、DS系≤1.0级；采用塔形发纹酸浸检验宏观缺陷，无发纹存在。
4.根据权利要求1所述的渗碳轴承钢，其特征在于：采用GB/T 1979对钢材低倍组织评级，满足中心疏松≤1.0级、一般疏松≤1.0级、锭型偏析≤1.0级，中心偏析≤1.0级，无缩孔、裂纹及皮下气泡。
5.根据权利要求2所述的渗碳轴承钢，其特征在于：抗拉强度≥1180MPa，冲击性能AKU≥63J，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥45％，硬度≤241HBW，脱碳深度≤0.8％D，D为圆钢的直径。
6.一种渗碳轴承钢的生产方法，其特征在于：包括如下步骤，
(1)钢水冶炼：按化学成分设计冶炼钢水，冶炼过程包含对钢水真空脱气；
(2)连铸：采用连铸工艺将钢水浇铸成连铸坯；
(3)连铸坯缓冷：连铸坯缓冷是将连铸坯下坑缓冷，其中下坑温度大于650℃，下坑缓冷时间大于48小时，出坑温度小于300℃；
(4)初轧：连铸坯入炉加热使组织充分扩散，出炉后进行高压水除鳞，去除连铸坯表面氧化铁皮，对连铸坯表面降温使坯料表面温度低于心部温度100-200℃，并设置在连铸坯表面温度1020-1100℃时开始轧制，此时连铸坯心部温度为1180-1250℃，以实现非均温轧制；
初轧采用多道次轧制，变形率≤10％的小压下量轧制和变形率≥15％的大压下量轧制交替进行，对连铸坯的宽面和窄面的轧制交替进行，连铸坯宽面和窄面分别实施不同的轧制压下量，对中间道次的宽面和窄面的压下至少保证分别实施一次大压下量轧制和一次小压下量轧制；
(5)中间坯缓冷及轧制成材：中间坯缓冷，缓冷后再次加热至1200℃～1250℃，保温时间≥3h，轧制成材，开轧温度为1050℃～1130℃，终轧温度≥950℃，最终轧制成目标规格；
(6)轧材缓冷、退火：对轧后钢材缓冷，缓冷后24小时内进行去应力退火处理；
(7)精整：对钢材进行矫直、探伤。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：步骤(2)中，连铸坯尺寸大于300mm×400mm，连铸坯到成品钢的压缩比大于4，成品钢的规格为φ50mm-Φ130mm的圆钢。
8.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：步骤(4)中，连铸坯在中性或弱氧化性气氛的加热炉内加热至1210℃-1260℃，加热保温时间≥10h；
初轧工艺：包括7道次轧制，第1道次对连铸坯宽面压下的变形量9.7％，将坯料翻转90°，第2道次压下的变形量15.4％，第3道次压下量的变形量3.6％，再将坯料翻转90°，第4道次压下的变形量23％，第5道次压下的变形量5％，最后再将坯料翻转90°，第6道次压下的变形量18.8％，第7道次压下的变形量4.3％，最终轧制成200mm×200mm的中间坯；中间坯两端各切除200mm。
9.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：步骤(5)中，初轧后的中间坯下坑缓冷，入坑温度≥600℃，起坑温度≤300℃，缓冷时间≥60h，缓冷出坑24小时内重新入炉再加热。
10.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：步骤(6)中，轧后钢材入坑缓冷，入坑温度≥450℃，起坑温度≤200℃，缓冷时间≥48小时；去应力退火温度为650-750℃，保温时间≥5h，随后随炉冷却至400℃后出炉空冷至室温。
11.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：步骤(1)中，将冶炼原料依次经铁水预处理KR、电炉或转炉冶炼、LF精炼、RH或VD真空脱气得到符合化学成分的纯净钢水，其中，电炉或转炉出钢终点碳控制在0.08-0.15％，终点磷控制在≤0.20％，出钢温度在1620-1700℃之间，出钢过程加Al铁进行预脱氧，出钢后进行扒渣操作，并重新加入合成渣；LF精炼主要是对钢水加热、合金化、脱氧，控制终点铝含量0.02％～0.04％，脱氧采用渣面扩散脱氧方式，在精炼前期配加合金，合金含量调控到位，整个LF冶炼时间≥1小时；真空脱气全程氩气搅拌，100Pa真空下保持时间≥20分钟，使钢水中H含量≤2ppm，真空脱气后软吹时间≥25分钟促进钢水中夹杂物充分上浮。
12.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：步骤(2)连铸过程中，连铸过热度≤25℃，连铸拉速0.40-0.50m/min。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117265394A (zh) * 2023-09-08 2023-12-22 江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司 一种超高纯净度、高均匀性铁路货车用渗碳轴承钢及其生产方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004204263A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Nippon Steel Corp 冷間加工性と浸炭時の粗大粒防止特性に優れた肌焼用鋼材とその製造方法
CN101736202A (zh) * 2010-01-20 2010-06-16 广州珠江钢铁有限责任公司 一种耐硫酸露点腐蚀钢及其制备方法
CN102162069A (zh) * 2010-02-23 2011-08-24 宝山钢铁股份有限公司 一种飞剪主传动大齿轮钢及其制造方法
CN109161658A (zh) * 2018-10-09 2019-01-08 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种风力发电机主轴轴承用钢及其生产方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102226253B (zh) * 2011-06-10 2013-03-20 钢铁研究总院 一种高速铁路用渗碳轴承钢及其制备方法
WO2017146057A1 (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 株式会社神戸製鋼所 転動疲労寿命の安定性に優れた鋼材および浸炭鋼部品、並びにそれらの製造方法
CN107350445B (zh) * 2017-06-16 2019-11-26 河南中原特钢装备制造有限公司 渗碳轴承钢G20Cr2Ni4连铸圆坯的生产方法
CN107904498B (zh) * 2017-10-20 2020-05-22 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种铁路货车用渗碳轴承钢及其制备方法
FR3078978B1 (fr) * 2018-03-14 2020-03-13 Aubert & Duval Composition d'acier
CN111996437B (zh) * 2020-07-11 2022-05-31 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种大厚度高韧性屈服强度1100MPa级超高强钢板的生产方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004204263A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Nippon Steel Corp 冷間加工性と浸炭時の粗大粒防止特性に優れた肌焼用鋼材とその製造方法
CN101736202A (zh) * 2010-01-20 2010-06-16 广州珠江钢铁有限责任公司 一种耐硫酸露点腐蚀钢及其制备方法
CN102162069A (zh) * 2010-02-23 2011-08-24 宝山钢铁股份有限公司 一种飞剪主传动大齿轮钢及其制造方法
CN109161658A (zh) * 2018-10-09 2019-01-08 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种风力发电机主轴轴承用钢及其生产方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张强, 冶金工业出版社 *

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