超低氧特殊鋼中非金屬夾雜物研究

超低氧特殊鋼中非金屬夾雜物研究摘要：超低氧含量和低夾雜物級別是高品質軸承鋼的重要指標。分析了高品質軸承鋼中超低氧含量和非金屬夾雜物控制的影響因素，如出鋼除渣、鋁脫氧、高堿度精煉渣、真空或非真空條件下的長時間攪拌和合理的生產(chǎn)工藝流程等。得出生產(chǎn)5x10-6[0]、＜1x10-6[H]和W12x10-6[Ti]的超純凈高品質軸承鋼的關鍵是對各冶煉工序的嚴格控制。文中分析了國內軸承鋼的質量并提出了研究方向。關鍵詞：高品質軸承鋼；超低氧；非金屬夾雜冶煉工藝前言：隨著社會進步和科學技術的發(fā)展，盡管較多軸承鋼廠的鋼中全氧已控制在10X10-6以下，但仍把鋼中氧含量控制在超低水平作為改善鋼性能的重要手段之一，國外鋼鐵企業(yè)如瑞典SKF以及日本山陽特殊鋼、大同特殊鋼等都有比較成熟的控制鋼中全氧和非金屬夾雜物的工藝技術。國內外高品質軸承鋼中全氧和夾雜物控制水平表1列出了國內外先進軸承鋼公司生產(chǎn)的高品質軸承鋼中全氧和非金屬夾雜物的控制水平。瑞典SKF公司OVAKO廠生產(chǎn)的高品質軸承鋼中氧含量為5X10-6，夾雜物含量達到極低的程度。日本神戶鋼鐵公司和大同特殊鋼公司的全氧T．0分別達到了4x10—6、＜5x10—6,日本山陽特殊鋼廠軸承鋼氧含量的變化等也見表1所示。表1國內外高品質軸承鋼中全氧和夾雜物控制現(xiàn)狀高品質軸承鋼中超低氧含量和夾雜物控制工藝出鋼除渣國內外采用無渣出鋼（如EBT）、鋼包扒渣、真空吸渣和換鋼包除渣等技術，將氧化渣徹底排除，以減少氧化渣對鋼液總氧含量的影響。如瑞典SKF在雙爐殼熔煉出鋼后，將對鋼水進行除渣處理，日本神戶在轉爐出鋼后將對鋼水進行排渣處理，日本山陽特殊鋼采用EBT出鋼，蒂森維藤廠也采用電弧爐EBT出鋼，控制氧化渣對鋼水總氧的影響。Al脫氧在精煉過程中，真空下碳脫氧速度很慢，并且效果差，如果只采用真空碳脫氧工藝，鋼中氧含量可高達0．002％以上。因此，為了提高鋼的潔凈度，必須在精煉前預先采用鋁沉淀脫氧，使鋼中氧主要以夾雜物形式存在，通過攪拌去除。Al脫氧工藝可實現(xiàn)軸承鋼的超低氧含量控制，使鋼中全氧降到10X10-6以下，但難點是鋼中A12O3、高熔點CaO-A12O3系不變形夾雜物（ASTM"B類”或"D類”）的控制。日本大同特殊鋼公司開發(fā)的MRAC—SSS高潔凈鋼生產(chǎn)工藝，工藝要點之一是在電爐出鋼時對鋼液鋁強脫氧，初步實現(xiàn)低氧化，在此基礎上再通過渣一鋼精煉、RH真空處理、連鑄等，去除鋼液中的非金屬夾雜物，全氧最終可控制在＜5X10-6，實現(xiàn)了全部夾雜小于7.5ym，并均勻分布。瑞典SKF在除渣和感應攪拌后也采用鋁脫氧，將鋼液中的總氧含量控制在極低的水平。國內興澄特鋼公司采用鋁脫氧和高堿度精煉，延長VD吹氬攪拌時間，控制耐火材料質量，使鋼中總氧含量＜8X10-6，脆性夾雜物得到了有效的控制，達到高純凈度技術要求。高堿度精煉渣采用高堿度精煉渣系是日本鋼鐵廠高品質軸承鋼生產(chǎn)的另一重要技術。日本山陽特殊鋼八對采用其常規(guī)高堿度（CaO/SiO2=10.3）和較低堿度渣系（CaO/SiO2=2.98）生產(chǎn)的軸承鋼的總氧含量及非金屬夾雜物進行了比較，發(fā)現(xiàn)總氧含量差別不大（僅低1X10-6），但采用較低堿度生產(chǎn)的軸承鋼中大型夾雜物（>23^m）數(shù)量顯著多于高堿度渣系生產(chǎn)的軸承鋼。此外，為了保證爐渣具備高的堿度，高品質軸承鋼二次精煉所用包襯也應采用SiO2含量低的MgO質或A12O3質耐火材料。采用MoSi2電阻爐在MgO質坩堝內進行了精煉渣成分對GCrl5（0.95%C-1.50%Cr）軸承鋼中氧含量和夾雜物的影響的實驗研究發(fā)現(xiàn)，隨精煉渣堿度CaO/SiO2由2增加至4.5，鋼液中的終點全氧含量由20x10-6降至11x10-6，夾雜物的總數(shù)量、總面積和平均半徑減小。除采用高堿度精煉渣之外，日本的許多特殊鋼廠甚至能夠將精煉渣中的T.Fe+MnO含量降低至0.5%以下。2.4真空或非真空條件下長時間攪拌鋁脫氧鋼中的氧絕大部分是以夾雜物（主要是A12O3）的形式存在，鋼中的溶解氧很低，只有（1?2）X10-6，因此，要降低鋼中氧含量，只有通過長時間攪拌（包括吹氬攪拌、電磁攪拌、RH循環(huán)攪拌）促使夾雜物充分上浮。如果要生產(chǎn)氧含量小于10x10-6的軸承鋼，至少應攪拌30min以上。如日本山陽特殊鋼公司開發(fā)的SNRP工藝，LF精煉時間大于45min，RH真空脫氣時間大于40min。2.5生產(chǎn)工藝對高品質軸承鋼中全氧和夾雜物的影響高品質軸承鋼的典型工藝流程是采用超高功率電弧爐（或BOF）作初煉爐，出鋼時用鋁脫氧、除渣、鋼包合成渣精煉和RH處理，最后連鑄保護澆鑄。鋼包爐精煉渣為高堿度合成渣，CaO/SiO2=4?6，渣中（％MnO+%FeO）應低于1.0%，Si02含量低于10%。鋼包爐精煉可以達到鋼水升溫、促進脫氧劑脫氧、吹氬攪拌促進夾雜物上浮和避免鋼水二次氧化的目的；RH處理主要是進一步促進夾雜物聚集和上浮、去氫和去氮。目前這種工藝流程已用來生產(chǎn)高品質彈簧鋼和軸承鋼等，山陽特殊鋼、大同特殊鋼等日本鋼廠大多采用該工藝流程，全氧T.0可降低至（5?8）X10-6,"B類”和"D類”夾雜物顯著減少，鋼的抗疲勞性顯著改善。目前國內特殊鋼企業(yè)多采用UHP（或BOF）一LF—VD—CC生產(chǎn)高品質軸承鋼。北滿特鋼用90tEBT電弧爐一LF（VD）-240mmx240mm方坯連鑄生產(chǎn)GCrl5軸承鋼鋼包精煉時采用堿度為4.46的高堿度渣系，用含32.8%A1的脫氧劑，進行25minVD真空處理，保持[A1]S<0.030%，統(tǒng)計結果表明GCrl5軸承鋼的平均氧含量7.5X10-6。另外，國外在生產(chǎn)高品質軸承鋼時，廢鋼進行精選；入爐鐵水均進行了脫硫、脫磷處理；連鑄坯斷面尺寸普遍大于國內特鋼廠，采用多級電磁攪拌；采用輕壓下和連續(xù)鍛壓等液相穴壓下技術減少偏析；在精整熱處理方面，具有完善的精整熱處理裝備和質量保護體系。國內軸承鋼的研究方向國內軸承鋼生產(chǎn)廠家的硬件已得到很大的改進和提高，相信我國在軸承鋼生產(chǎn)的軟件和管理方面必將得到進一步的提高，生產(chǎn)超純凈軸承鋼。軸承鋼的研究方向為：（1）國內軸承鋼在努力降低鋼中氧含量的同時，要在鋼中夾雜物特別是氧化物夾雜的顆粒較為細小，分布較為均勻等方面進行深入的研究，從而提高鋼材冶金質量的均勻性和穩(wěn)定性。（2）復合脫氧對軸承鋼中全氧和非金屬夾雜物含量的影響。（3）低氧情況下軸承鋼中硫的行為。（4）微量鎂對軸承鋼碳化物的影響。（5）改善連鑄軸承鋼的碳偏析以及碳偏析對軸承鋼的疲勞性能的影響。參考文獻龐洪亮，邊延君.90tL