本發明涉及一種金屬材料，特別是涉及一種高端軸承鋼的冶煉方法。
背景技術：
：軸承鋼的質量主要由其冶金質量決定，冶煉技術是軸承鋼生產過程中最關鍵的技術。氧、鈦、氮、磷、硫和五害元素等有害元素含量是衡量軸承鋼冶金質量的關鍵指標，國內外軸承鋼研發機構和企業長期致力于提高軸承鋼純凈度。爐外精煉技術在軸承鋼生產過程中的應用，使軸承鋼的冶金質量有了質的飛躍，目前已較為成熟。但是爐外精煉仍存在一些不足，例如氣體含量高、非金屬夾雜物尺寸大和分布不均勻的問題。電渣重熔可去除大顆粒非金屬夾雜物，改善非金屬夾雜物尺寸、分布和形態，要求較高的軸承鋼產品通常采用電渣重熔法生產，但是電渣鋼的氣體含量高，有待進一步提高純凈度。更高要求的軸承鋼產品通常采用真空感應熔煉+真空自耗重熔方法(以下簡稱“雙真空”)冶煉，真空自耗重熔過程中大幅降低鋼中有害元素含量、改善非金屬夾雜物尺寸、分布和形態。但真空感應熔煉設備和耗材昂貴，能耗高，且原料通常需要較純凈的單質料，所以運行成本較高；另一方面，真空感應熔煉通常采用MgO搗打燒結坩堝，在高溫、高真空下MgO分解，污染鋼液，導致真空感應熔煉產品的氧含量偏高。軸承鋼研究和生產已有較長，主要采用電爐+爐外精煉(真空脫氣)、真空感應熔煉、電渣重熔、真空自耗重熔等方法冶煉。這些方法與本發明比較，缺點是鋼的純凈度較差或對原材料要求較高或成本較高。技術實現要素：本發明目的是提供一種高純凈度軸承鋼的冶煉方法，該方法可解決常規方法冶煉的軸承鋼純凈度低、雙真空方法冶煉的軸承鋼磷硫含量高和成本高等問題。該方法冶煉的鑄錠中氧含量、氮、氫、磷、硫、五害元素等有害元素含量低，非金屬夾雜物數量少、尺寸小、分布均勻，成分均勻、偏析少、組織細小致密。實現本發明目的的技術方案是：高純凈度軸承鋼的冶煉方法，有以下步驟：1)熔煉將金屬原材料和一次渣料加入電爐中，送電至全熔；1480～1550℃攪拌脫磷，除渣、加入二次渣料；控制鋼水溫度為1550～1630℃，調整合金的組分和含量；加入鋁脫氧，調節鋼水溫度至1500℃～1550℃澆注，鋼錠模的直徑為Φ200～400mm；2)精整步驟1)得到錠坯進行精整，得到真空自耗重熔所需的自耗電極棒；3)真空自耗重熔將步驟2)得到的自耗電極棒與假電極焊接，設定工作電流，工作電流為結晶器直徑(單位為毫米)的18～22倍，真空度≤0.5Pa起弧，起弧電流為工作電流的30％；起弧后1～2分鐘，提高電流至1.1倍工作電流，形成熔池后(鋼液鋪滿結晶器底部)，逐漸降低電流至工作電流；然后恒熔速，平均速率約0.5kg/kA·min；重熔完成前切換成電流控制，逐步降低電流至工作電流的40％進行補縮，得到高純凈度軸承鋼鋼錠。所述的一次渣料為CaO、BaO、SiO2、Fe2O3、MnO、MgO或BaO、SiO2、Fe2O3、MgO，其一次渣料質量比為：CaO：SiO2：Fe2O3：MnO：MgO＝40:20:20:10:10或BaO：SiO2：Fe2O3：MgO＝50:20:20:10。所述的二次渣料為CaO、Al2O3、CaF2、MgO、MnO的混合物，其。渣料的質量比為：CaO:Al2O3：CaF2:MgO:MnO＝50:25:15:5:5。所述軸承鋼成品鑄錠中氧含量≤8ppm、氮含量≤60ppm、氫含量≤0.5ppm、磷含量≤60ppm、硫含量≤20ppm。步驟1)所述加入0.03～0.08％的鋁元素脫氧。步驟2)所述的自耗電極棒與假電極焊接時，自耗電極棒的底部與假電極相連，并要求保證自耗電極棒與假電極的同心度。采用本發明的方法生產的軸承鋼鑄錠，與常規方法冶煉的軸承鋼相比，其氧含量低、組織細小致密、表面質量好、偏析少(參見圖3、圖4)，非金屬夾雜物數量少、尺寸小且分布均勻(參見圖1和圖2)；與電渣重熔法冶煉的鋼相比，氣體元素和五害元素(Sn、Pb、As、Sb、Bi)等有害含量低；與真空感應熔煉+真空自耗重熔方法冶煉的鋼相比，成本低，磷、硫等有害元素含量較低。因此，本方法非常適合高端軸承鋼批量化生產。本發明對原材料要求低、鑄錠中的氣體元素含量、磷含量和硫含量低，非金屬夾雜物數量少、分布均勻、尺寸細小(參見圖1和圖2)，且設備較簡單、成本較低。采用本發明所述方法制備的高純凈度軸承鋼，為含氮馬氏體高溫不銹軸承鋼,可以應用領域高端裝備制造業，也包括能源、汽車、軌道交通、冶金、采礦、石化、食品、造紙、宇航、海洋、機床、電子設備等諸多領域，對提高裝備的使用壽命、運行精度、可靠性等具有重要意義。附圖說明圖1為非金屬夾雜物照片；圖2為非金屬夾雜物照片；圖3為棒材的低倍組織照片；圖4為鋼錠圓周面和頂部的圖片。具體實施方式實例1冶煉9Cr18Mo不銹軸承鋼第一步：中頻爐熔煉用9Cr18Mo回爐料和少量廢鋼(重量百分比15％左右的Q235等低合金鋼)作為主原材料，用工業純金屬(Cr、Mo、Mn、Al)、單質硅和石墨碳作為成分微調的原材料；一次渣料配方為CaO：SiO2：Fe2O3:MnO:MgO＝40:20:20:10:10，二次渣料配方為CaO:Al2O3:CaF2:MgO:MnO＝50:25:15:5:5。加入9Cr18Mo回爐料、少量廢鋼和一次渣料，送電至全熔；盡量保持較低溫度(1480～1550℃)，攪拌脫磷，然后除渣、加入二次渣料；提高鋼水溫度至1550～1610℃，取樣分析成分，根據成分分析結果補加合金元素至9Cr18Mo的標準組成和含量；插入鋁絲或壓入鋁錠進行脫氧，加入的鋁含量為0.05％；再次取樣分析成分，成分滿足標準要求后，調節鋼水溫度至1520℃左右進行澆注，鋼錠模直徑為Φ200mm。第二步：精整采用850℃×5h爐冷工藝退火，然后車光，車加工成Φ185mm的自耗電極棒。第三步：真空自耗重熔將第二步制備的自耗電極棒與假電極焊接在一起，焊接時保證同心度，自耗電極棒的底部與假電極相連；結晶器直徑為Φ240mm，真空度0.4Pa開始起弧，起弧電流為1700A；起弧1分鐘后逐步將電流調整至5500A，10分鐘形成熔池(鋼液鋪滿結晶器底部)后，逐漸降低至5000A；然后采用恒熔速控制模式，熔速為2.5kg/min；后期采用電流控制，逐漸降低電流至2000A進行補縮，得到高純凈度9Cr18Mo不銹軸承鋼鑄錠。實例2冶煉GCr15高碳鉻軸承鋼第一步：中頻爐熔煉用GCr15回爐料和廢鋼(重量百分比30％左右的Q235等低合金鋼)作為主原材料，用工業純金屬(Cr、Mn、Al)、單質硅和石墨碳作為成分微調的原材料；一次渣料配方為BaO:SiO2：Fe2O3:MgO＝50:20:20:10，二次渣料配方為CaO:Al2O3:CaF2:MgO:MnO＝50:25:15:5:5。加入GCr15回爐料、廢鋼和一次渣料，送電至全熔；盡量保持較低溫度(1480～1550℃)，大功率攪拌脫磷，然后除渣、加入二次渣料；提高鋼水溫度至1560～1630℃，取樣分析成分，根據GCr15成分分析結果補加合金元素至標準組成和含量；插入鋁絲或壓入鋁錠進行脫氧，加入的鋁含量為0.04％；再次取樣分析成分，成分滿足標準要求后，調節鋼水溫度至1530℃左右進行澆注，鋼錠模直徑為Φ390mm。第二步：精整砂磨去除鋼錠表面的氧化皮和缺陷，砂磨后鋼錠直徑為Φ385mm左右。第三步：真空自耗重熔將第二步制備的自耗電極棒與假電極焊接在一起，焊接時保證同心度，自耗電極棒的底部與假電極相連；結晶器直徑為Φ450mm，真空度0.5Pa開始起弧，起弧電流為2500A；起弧1分鐘后逐步將電流調整至8800A，15分鐘后，逐漸降低至8000A；然后采用恒熔速控制模式，熔速為4.3kg/min；后期采用電流控制，逐漸降低電流至3200A進行補縮，得到高純凈度GCr15高碳鉻軸承鋼鑄錠。表1實例1和實例2軸承鋼中有害元素含量(質量分數)實例ONHPSSn+Pb+As+Sb+Bi實例16ppm51ppm≤0.5ppm57ppm17ppm≤0.05％實例25ppm22ppm≤0.5ppm43ppm10ppm≤0.05％本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中的描述只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這都落入本發明要求保護的范圍。當前第1頁1 2 3