电弧炉冶炼20Cr2Ni4A渗碳轴承钢

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2001.01.030 第23卷第1期 北京科技大学学报 Vol.23 No.1 2001年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2001 电弧炉冶炼20Cr2Ni4A渗碳轴承钢 吴耀光 马鞍山钢铁股份有限公司，马鞍山243000 摘要开发了用10tEAF熔炼20Cr2Ni4A渗碳轴承钢的工艺过程.结果表明，在合理的试验 条件下，能获得w<5×10‘电解杂质总量合格的产品，因此，单一电弧炉冶炼是可行的， 关键词EAF:轴承钢；夹杂物 分类号TF741 轴承钢必须有优良的冶金质量、较高的淬 1h左右，氧化末期采用锰制度. 硬性和淬透性.通常所用的轴承钢大致有以下 (3)还原期.氧化渣要迅速扒净，稀薄渣形成 3类：(1)高碳低铬轴承钢；(2)高碳Si-Mn轴承 后插1kgt的Al,配Cr至规格下限，随之加人 钢；(3)特大型轴承用的低碳高合金渗碳轴承钢. 2~3kg/t小块电石，然后用3~4批Fe-Si粉和少 20Cr2Ni4A即属于第三类轴承钢，用于制造特 量C粉搅拌好，继续进行扩散脱氧，每批间隔 大型渗碳轴承钢 6-8min,Fe-Si粉总量为2~3kg/L.每批加Fe-Si 粉前充分推渣、搅拌，并且测温.控制好钢液温 1冶炼工艺 度，保持白渣时间≥30min. 20Cr2Ni4A钢的成分和技术要求分别见表 (4)出钢.所有合金加完后，加Si-V-Ti合金 1和表2. 1kgt;出钢前10min可加适量硅石，以降低渣的 11原材料及设备 碱度，有利于渣钢分离，最后加人1kgt的Al, 加强入炉及浇注系统使用的各种材料的清 不得有铝饼在渣面燃烧，有2炉分别加人5和8 洁干燥工作，以免带入气体.在炉体、出钢槽和 kgt的NaCl,另1炉不加. 钢包良好条件下（炉龄期5炉以后，包龄3次以 在温度1600~1610℃，wr0≤0.04%时，还原 后)冶炼，设备系统运作正常 时间>60min.吹炉盖灰及出钢槽，保持白渣出 配料以1级废钢为主，2级废钢不超过30%， 钢.出钢时大口深冲，出钢糟用Ar保护. 3级废钢不得配人，配碳用废模或低S,P生铁. (5)浇注.保持高温(>1000℃).采用1.03t小 1.2工艺操作要点 圆锭，浇注时模温控制在30~50℃，镇静时间>7 (1)熔化期做到早期去磷 min,本体浇注时间为390~510min.浇钢时用Ar (2)氧化期.氧化温度≥1500℃，采用先矿后 保护，压力<0.02MPa 氧综合氧化、高温氧化、均匀沸腾，注意做好去 13钢锭退火 气去夹杂工作.脱碳量0.30%，氧化时间控制在 注毕90min吊模.钢锭红送退火，退火曲线 表120Cr2Ni4A钢中各元素的质量分数 Table 1 Compositition of 20Cr2Ni4A steel in mass fraction % C Si Mn Cr Ni P,S Cu 马技协89-13 0.17-0.23 0.15-0.450.30-0.601.25-1.75 3.25-3.75 ≤0.020 ≤0.25 表220Cr2Ni4A钢的技术要求 Table 2 Technological demand of 20Cr2Ni4A steel 力学性能 低倍评级 高倍评级 d,/MPa o/MPa 6/% w/% a厅一般疏松中心疏松偏析wo/% W's/% 点状 晶粒度 ≥1020≥1117≥7.5≥36 ≥47 ≤2.0 ≤1.0 ≤2.0 ≤3.0 ≤3.0 ≤3.0 5-8 收稿日期：200003一13吴耀光男，37岁，高级工程师

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 介 】 比 电弧炉冶炼 渗碳轴承钢 吴耀光 马鞍山钢铁股份有限公司 ，马鞍山 摘 要 开发 了用 熔炼 渗碳轴承钢 的工艺过程 结果表 明 ， 在合理的试验 条件下 ， 能获得 二 一 电解杂质总量合格 的产 品 ， 因此 ， 单一 电弧炉冶炼是可行 的 关键词 轴承钢 夹杂物 分类号 轴承钢必须有优 良的冶金质量 、 较高的淬 硬性和淬透性 通 常所用 的轴承钢大致有 以下 类 高碳低铬轴承钢 高碳 轴承 钢 特大型轴承用 的低碳高合金渗碳轴承钢 即属 于第三类轴 承钢 ， 用 于 制造特 大型 渗碳轴承钢 冶炼工艺 钢 的成分和技术要求分别见表 和 表 原材料及设备 加强人炉及浇注 系统使用 的各种材料 的清 洁干燥工作 ， 以免带人气体 在炉 体 、 出钢槽和 钢包 良好条件下 炉龄期 炉 以后 ， 包龄 次 以 后 冶炼 ， 设备 系统运作正 常 配料以 级废钢 为主 ， 级废钢不超过 ， 级废钢不得配人 ， 配碳用废模或低 ， 生铁 工艺操作要点 熔化期做到早期去磷 氧化期 氧化温度 ℃ ， 采用先矿后 氧综合氧化 、 高温氧化 、 均匀沸腾 ， 注 意做好去 气去夹杂工作 脱碳量习 ， 氧化时间控制在 左右 ， 氧化末期采用 锰制度 还原期 氧化渣要迅速扒净 ， 稀薄渣形成 后 插 的 ， 配 至 规格下 限 ， 随之加人 一 小块 电石 ， 然后 用 一 批 卜 粉和 少 量 粉搅拌好 ， 继续进行扩散脱氧 ， 每批 间隔 一 ， 粉总量为 一 幼 每批加 卜 粉前充分推渣 、 搅拌 ， 并且测 温 控制好钢液温 度 ， 保持 白渣 时间 出钢 所有合金 加完后 ， 加 匕 合金 出钢前 可加适量硅石 ， 以 降低渣 的 碱度 ， 有利于渣钢分离 ， 最后 加入 的 ， 不得有铝饼在渣面燃烧 ， 有 炉分别加人 和 的 ， 另 炉不加 在温度 一 ℃ ， 簇 时 ， 还原 时 间 吹 炉 盖 灰及 出钢糟 ， 保持 白渣 出 钢 出钢 时大 口 深 冲 ， 出钢糟用 保护 浇注 保持高温 ℃ 采用 小 圆锭 ， 浇 注 时模温控制在 一 ℃ ， 镇静时间 ， 本体浇注时 间为 一 浇钢时用 保护 ， 压力 钢锭退火 注毕 吊模 钢锭红送退火 ， 退火 曲线 表 钢 中各 元素的质 分数 只 马技协 司 一 一 一 一 毛 蕊 表 钢 的技术要 求 力学性能 低倍评级 高倍评级 氏 口夕 州 爪 一般疏松 中心疏松 偏析 毛 〔 彤 〔 点状 毛 晶粒度 续 收稿 日期 刃 一 昊推光 男 ， 岁 ， 高级工程师 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．01．030

Vol.23 No.1 吴耀光：电弧炉冶炼20Cr2Ni4A渗碳轴承钢 ·13· 如图1所示. 人5kgt的NaCl;717炉在出钢前加入8kgt的 NaCI1;721炉在第一次取钢样前和出钢前吹Ar, 800 各2min. 1(850壮10)℃ i≤100℃h 3炉钢的成品化学成分见表3.冶炼过程技 400 6h 术和经济参数见表4和5.浇注过程技术参数见 200 表6.冶炼过程中用分析以跟踪测定wm,wm的 变化如图2所示.炉内吹Ar的目的之一在于去 0 6 200℃ 除钢中气体，但Ar气压力必须控制合适.因去 t/h 图1退火曲线 气过程中，A气作用区溶池翻腾，钢液外露，也 Fig.1 Annealing curve of 20Cr2Ni4A steel 是钢液吸气的过程.同时，去气量大小还与吹 Ar管插入深度、吹Ar时间及吹Ar管是否移动 试验结果和分析 有关.所以吹Ar后的去气效果不一定明显，如 3炉冶炼工艺特点如下：715炉在出钢前加 721炉曲线. 表3成品化学成分 Table 3 Chemical composition of the finished product of 20Cr2Ni4A steel in mass fraction % 炉号 Si Mn Cr Ni P Al 715 0.21 0.31 0.45 1.49 3.45 0.011 0.005 0.0060 717 0.20 0.35 0.48 1.50 3.54 0.009 0.005 0.0145 721 0.20 0.25 0.44 1.50 3.52 0.012 0.008 0.0129 表4冶炼过程技术参数 Table 4 Technological parameters of melting 熔清 氧化 扒渣 还原 炉号 wo%wa/%tv/min t/'C 方式w限c%vc%min1t动min wo/%wnw% t/℃t出/℃渣色t/min 7150.600.005 1261615矿氧0.49 0.0098 50 0.11 16171610白 72 7170.52 0.018155 未测矿氧 0.39 0.0100 39 0.14 0.00616191615略灰70 7210.620.021 91 1590 矿氧0.49 0.0098 500.13 16151615白78 表5冶炼经济参数 表6浇注过程技术参数 Table 5 Economical parameters of melting Table 6 Technological parameters of pouring 炉号mt_m水%wmin水Wht成本/元trl 炉号 t/℃ Tan/S T本体烧壮/S TWE烧性/S 715 15.5 14.42261 649 平均1964 715 1610 435 410 260 717 15.5 13.39 273 684 平均1964 717 1615 420 380 260 721 15.5 14.42 225 624 平均1964 721 1615 420 360 220 另外，在电炉车间目前条件下，做到完全保 8.0 715炉 717炉 护出炉出钢和保护浇注尚很困难.德国的高速摄 721炉 影录像资料（钢液的二次氧化与吸气过程）表明， 6.0 出钢和浇注的钢流表面是凹凸不平的；尤其是出 4.0 钢流，不仅进行着二次氧化和吸气，还要卷入大 量空气到钢包里.所以，即使炉内吹Ar去气成 2.0 功，出钢后钢水气体含量仍会上升 0 而用NaCl或BaCl进行处理，却能取得良好 2 熔炼期各阶段 效果m.由于从炉内加入NaCI到出钢结束，产生 图2熔炼期各阶段w脚的变化.1一熔化期：2一熔化末；3 大量的浅灰白色气体，其主要成分是NaCl蒸汽， 一还原期（吹Ar前）；4一吹Ar后；5一插Al前；6一插Al C0,HCI,起部分隔离大气的作用，且HCl含量约 后：7一钢包：8一浇注 5%,有明显的去H]能力，如图2中曲线1,2表明， Fig.2 Change of wun in the periods of melting 出钢完了，H山上升不多，甚至降低

一 一 吴耀光 电弧炉 冶炼 渗碳轴 承钢 如 图 所示 肚 ℃ 三 ℃爪 人 的 炉在 出钢前加人 的 炉在第一次取钢样前和 出钢前 吹 ， 各 炉钢 的成 品化学成分见表 冶炼过程技 术和 经济参数见表 和 浇注过程技术参数见 表 冶炼过程 中用分析 以跟踪测定 阅 ， 阅 的 变化如 图 所示 炉 内吹 的 目的之一在 于去 除钢 中气体 ， 但 气压力必须控制合适 因去 气过程 中 ， 气作用 区 溶池 翻腾 ， 钢液外露 ， 也 是钢 液吸气 的过程 同时 ， 去气量大小还 与吹 管插人深度 、 吹 时 间及 吹 管是否 移动 有关 所 以 吹 后 的去气效果不一定 明显 ， 如 炉 曲线 找一︶︵ ︸︸ “︸︸ 洛尸 爪 图 退火 曲线 · 试验结果和分析 炉 冶炼工艺特点如下 巧 炉在 出钢前加 表 成 品化 学成分 炉号 ，、︸︸ ︸、﹃︸ ‘ … 峙︶、‘月﹃ ︸夕 内︼肉、 表 冶炼过程技术 参数 炉号 熔清 氧化 脱 创 、 · 一 ， 场加 扒渣 丁扩 ﹃︸，了尹 ︸ 方式 扩一 ，一︵，︸、以口了 矿氧 矿氧 矿氧 气 ℃ 还原 渣色 白 略灰 白 ︸ ︸ ，八 甘、一内︼、﹃‘ ︸ 乙内 ℃一涣 妇才苦一一冤护 ︸﹃ ‘， 表 冶炼经济参数 介 表 浇 注 过程技术参数 介 炉号 沪 出 、 砂 砰瓜认飞 · 一 ， 成本 元 · 一 ， 平均 平均 平均 炉号 气 ℃ 、 沪 称体橄 、 摊 注 ︸ 内，工 ，山洲一 ， 呼月 ，︸内 、以﹃ ，内，月 ︸，且 ︶ ‘，︸，八乙 尹 ” ，、 ‘， ，‘ 勺 介 一 一 － 一 、 ‘ ’ 入 。 二二 ， 熔炼期各阶段 图 熔炼期各 阶段 的变化 一熔化 期 一熔化 末 一还原 期 吹 前 月 吹 后 插 前 涛 插 后 ， 钢 包 声 浇 注 · 田 另外 ， 在 电炉 车间 目前条件下 ， 做到完全保 护 出炉 出钢和保护浇 注 尚很 困难 德 国的高速摄 影 录像资料 钢液 的二次氧化与吸气过程 表 明 ， 出钢和浇注 的钢流表面是 凹 凸不平 的 尤其是 出 钢 流 ， 不仅进行着二次氧化和 吸气 ， 还要卷人 大 量空 气 到 钢包里 所 以 ， 即使炉 内吹 去气成 功 ， 出钢后钢水气体含 量仍会上升 而 用 或 进行处理 ， 却能取得 良好 效果 〔 由于从炉 内加 入 到 出钢结束 ， 产生 大量 的浅灰 白色气体 ， 其主要成分是 蒸汽 ， ， ， 起部分隔离 大气 的作用 ， 且 含量 约 ， 有 明显 的去 〔 能力 如图 中曲线 ， 表明 ， 出钢完 了 ， 「 上升不 多 ， 甚至 降低 炉 今 甲、，巴

·14 北京科技大学学报 2001年第1期 冶炼过程中点状夹杂物的变化如图3所示. 一高倍显微镜检验结果表明，3炉钢均出现了 可见，经NaCl处理后，钢中点状夹杂物大为减 不同程度混晶.主要原因是A1含量过低.终脱氧 少.文献[1]表明，NaCl处理还能使钢中氧含量明 插A1除起到脱氧作用外，剩余的A1溶解在固 显降低至平均为1.3×10-. 溶体中.这部分通过热轧以后的缓冷，或者通过 电解夹杂物总量的变化如图4所示.NaC1处 700-800℃保温，能与氮结合形成AN,不仅 理能降低夹杂物含量和改变夹杂物形态川.由于 减弱或者完全消除通常在较低温度发生的时效 试验炉次较少，表现不明显.由图4还可以看出， 现象，而高度弥散的AN质点也较稳定，可以 经炉内吹Ar处理后夹杂物含量有所上升，这是 阻止钢在加热时奥氏体晶粒长大，而获得本质 吹Ar压力控制过大，造成翻腾，钢液卷渣所至. 细晶粒钢.为睦，钢中酸溶铝含量应保证在 从钢锭的断口可观察到，715炉主要是不发 0.02%0.04%. 达的柱状晶，无粗大的柱状晶；而717和721炉 碳含量低的钢，则氧含量高，铝的烧损大， 均出现了粗大发达的柱状晶.原因在于715炉出对于20 Cr-Ni.A钢，吨钢加铝量应需1.0kgt.其 钢温度较低，而后2炉出钢温度均高出规定.所 实，人工炉插A1,往往有12~13的铝饼漂浮到 以，在加强脱氧、保证浇注的情况下，应尽量控 渣面上燃烧掉，收得率低，酸溶铝含量根本达不 制较低的出钢温度；或出钢温度提高时，要延长 到要求.所以，用熔池喷吹铝粉代替人工插铝势 镇静时间.碳含量调整到上限，已尽可能降低钢 在必行.据冶炼其他钢种的经验，吨钢喷吹铝粉 熔点，配合恰当的模温，也是改善组织的措施之 1.2kg,即能获得>0.02%的A1s,晶粒度在7-8级. 0.10 4.0 一715炉 715炉 “一717炉 一一一717炉 一一721拉 0.07 -一721炉 1.0 0.01 3 5 3 5 7 熔炼期各阶段 熔炼期各阶段 图3点状夹杂物的变化 图4电解夹杂总量的变化 Fig.3 Change of node-shape inclusion Fig.4 Change of total inelusion by blowing Ar 3结语 及改变夹杂物形态均有良好作用. (4)采用炉内喷吹A1粉，代替插A1进行预 (1)在本试验条件下，单一电弧炉冶炼 脱氧，改善A1脱氧的动力学条件，提高脱氧速 20Cr2Ni4A钢是可行的. 度，提高利用率，为还原期减轻负担.用同样方 (2)炉内吹Ar对降低成品钢气体含量及夹 法进行终脱氧，不仅能提高A1的利用率，而且 杂物含量作用不大，但有均匀成分和温度的作 也是增加钢中A!含量的有效措施 用，在充分搅拌下，可以取消此工艺操作 参考文献 (3)NaCl处理对去H叫、[O]、降低夹杂物含量 】李恢先.用食盐处理轴承钢的试验.钢铁，1987,22(6)：38 Carburized Bearing Steel 20Cr2Ni4A Melting with EAF WU Yaoguang Ma'anshan Iron&Steel Company Ltd.Go,Ma'anshan 243000,China ABSTRACT The development of the carburized bearing steel 20Cr2Ni4A with 10t EAF,was introduced. The results show that the fiuishing product,with w5x10-and lower inclusion content,was producted by the single Electro ARC Furnace. KEY WORDS EAF;bearing steel;inclusions

北 京 科 技 冶炼过程 中点状夹杂物 的变化如 图 所示 可见 ， 经 处理后 ， 钢 中点状夹杂物大为减 少 文献【 表 明 ， 处理还能使钢 中氧含量 明 显 降低 至平均为 一 电解夹杂物总量 的变化如 图 所示 处 理能 降低夹杂物含量 和 改变夹杂物形态〔 由于 试验炉次较少 ， 表现不 明显 由图 还可 以看 出 ， 经炉 内吹 处理后夹杂物含量有所上升 ， 这是 吹 压力控制过大 ， 造成 翻腾 ， 钢液卷渣所至 从钢锭 的 断 口 可 观察到 ， 巧 炉 主要是不发 达 的柱状 晶 ， 无粗大 的柱状 晶 而 和 炉 均 出现 了粗大发达 的柱状 晶 原 因在于 炉 出 钢温度 较低 ， 而后 炉 出钢温度均 高 出规定 所 以 ， 在加强 脱 氧 、 保证浇注 的情况下 ， 应尽量控 制较低 的 出钢温度 或 出钢温度提高时 ， 要延长 镇静时间 碳含量调 整 到上 限 ， 已 尽可 能 降低钢 熔点 ， 配合恰 当的模温 ， 也是改善组织 的措施之 大 学 学 报 年 第 期 一 高倍显微镜检验结果表 明 ， 炉钢均 出现 了 不 同程度混 晶 主要原 因是 含量过低 终脱氧 插 除起 到脱氧作用 外 ， 剩余 的 溶解在 固 溶体 中 这部分通过热轧 以后 的缓冷 ， 或者通过 一 ℃ 保温 ， 能 与氮结合形成 ， 不 仅 减 弱 或者完全消除通 常在较低温度发生 的时效 现象 ， 而高度 弥散 的 质点也较稳定 ， 可 以 阻止钢在加热 时奥 氏体 晶粒长大 ， 而获得本质 细 晶粒 钢 为 睦 ， 钢 中酸 溶 铝 含 量 应 保 证 在 碳含量低 的钢 ， 则 氧含 量高 ， 铝 的烧损 大 对于 戈 钢 ， 吨钢加铝量应 需 其 实 ， 人工炉插 ， 往往有 一 的铝饼漂浮到 渣 面上燃烧掉 ， 收得率低 ， 酸溶铝含量根本达不 到要求 所 以 ， 用熔池 喷吹铝粉代替人工插铝势 在必行 据冶炼其他钢种 的经验 ， 吨钢喷吹铝粉 ， 即能获得 的 ， 晶粒度在 一 级 卜 ， － 炉 － 炉 一 一 一 炉 一 一 炉 协弓 咨娜众拭签镇芝圳御 厂 吸人 ︸︵ 长果械华器︸坎 七 一 二》 ‘ 二之 一 熔炼期各阶段 图 点状央杂物 的变化 馆 · 结语 在 本 试 验 条 件 下 ， 单 一 电 弧 炉 冶 炼 钢是可行 的 炉 内吹 对降低成 品 钢气体含量及夹 杂物含量作用不大 ， 但有均匀成分和 温度 的作 用 ， 在充分搅拌下 ， 可 以 取消此工艺操作 处理对去 、 〔 、 降低夹杂物含量 熔炼期各阶段 图 电解央杂总 的变化 及改变夹杂物形态 均有 良好作用 采用 炉 内喷吹 粉 ， 代替插 进行预 脱 氧 ， 改善 脱氧 的动力学条件 ， 提高脱氧速 度 ， 提高利用 率 ， 为还原期减轻负担 用 同样方 法进行终脱氧 ， 不仅能提高 的利用 率 ， 而且 也是增加钢 中 含量 的有效措施 参 考 文 献 李恢先 用食盐处理轴承钢的试验 钢铁 ， ， 而 砰 圳 ， ， 澎 ， 硕 ， ， 】 一 ， 山