120t转炉冶炼GCr15轴承钢的工艺实践
杨广前
摘要：采用高炉铁水预处理使[S]≤0.005%，120t转炉高拉碳法吹炼控制出钢碳含量≥0.40%，磷含量≤0.010%，并使用低碱度CaO-Al2O3渣系，钢包炉（LF）精炼，采用弱氩气搅拌及3t铸锭工艺，得出GCr15轴承钢材的A、B类夹杂物为1.0级，C、D类0级，[O]≤10*10-6，钢材质量达到YJZ-84标准要求。
关键词：铁水预处理 转炉冶炼 轴承钢 工艺实践
目前大多数钢厂冶炼轴承全部采用废钢铁料或兑入部分铁水的电弧炉冶炼工艺，由于入炉原材料的影响，使钢中带入的杂质元素（如Ti、Ca）较多，轴承钢的质量满足不了高寿命的使用要求。日本住友、德国蒂森（TYSSEN）和日本川崎制铁公司先后开发采用了杂质少的铁水经转炉吹炼生产轴承钢的生产工艺，并逐步配合LF钢包精炼和RH真空处理工艺生产出高纯净度的轴承钢[1]。
1、冶炼工艺
转炉冶炼轴承钢的工艺流程为：
高炉→铁水预处理→120t转炉→150t LF精炼→模注3.16t→热送→800开坯→650成材。
1.1铁水预处理
高炉来的铁水采用镁基脱硫剂进行脱硫处理，满足入炉铁水[S]≤0.005的要求。
铁水温度下脱硫产物MgS呈固态，易被渣吸附。铁水进行预处理后将渣100%扒出。
1.2转炉冶炼
转炉采取高拉碳的方法冶炼，控制终点碳[C]≥0.40%，同时控制[P]≤0.010%。为了补充终点高碳控制时温度不够的情况，在配入废钢的同时加入铝锰钛提温剂。
转炉出钢时的实际温度为1700℃，碳含量为0.34%，磷含量为0.007%。
出钢过程在包中采用高Cr合金、Si-Mn合金、碳粉进行合金化的增碳，并进行挡渣操作，提高Cr、Mn的回收率，同时采用底吹氩搅拌操作，去除钢液中的全氧。转炉出钢后，钢包中钢水的温度为1544℃，氩气搅拌后包中钢水成分见表1。
表1 钢包中钢水精炼前的成分/%
| C | Si | Mn | P | S | Cr |
| 0.68 | 0.10 | 0.22 | 0.007 | 0.009 | 0.90 |
1.3 LF精炼
LF精炼采用低碱度的CaO-Al2O3渣系进行顶渣处理，脱硫率达50%-70%，降低A类夹杂；与脱氧产物有一致的组分，两者界面张力小，易于结合成低熔点的化合物，因此具有较强的吸收Al2O3夹杂的能力，达到脱氧50%的效果，消除含CaO的D类夹杂[2]。处理时采用底吹氩辅助进行精炼，并均匀成分、温度。
还原后渣中Cr、Mn有90%以上被还原，提高了收得率。还原后钢水成分见表2。
| C | Si | Mn | P | S | Cr |
| 0.80 | 0.15 | 0.26 | 0.008 | 0.009 | 1.22 |
1.4吹Ar弱搅拌
根据参考样的成分分析补充高铬、高锰、碳粉进行成分调整，成分调整满足内控要求后，在温度高于吊包温度20-30℃时进行吹Ar弱搅拌，使钢中的夹杂物进一步上浮进入渣中，提高了钢水纯净度[3]。
吹氩后测定氧活度（a0）为1.04*10-6，气体分析[O]17*10-6，[N]56*10-6，[H]4.36*10-6。
1.5浇注
浇注采用3.16t锭型，开浇温度为1520±5℃、浇注速度为锭身≥300s，帽口≥180s。浇注过程采用氩气保护浇注。浇注完60min后动车热送800分厂。
1.6开坯及成材
红送的钢锭采取温装工艺经加热后开成230mm方坯，钢坯缓冷保温后经表面清理转移到650分厂生产φ70mm、φ80mm、φ85mm3个规格的钢材，钢材进入保温坑缓冷，然后进行退火处理。
2、实物质量检验
钢材退火后按YJZ-84标准要求对低倍质量、高倍质量进行了检验分析（表3，4）其质量水物检验A类最高级别为1.0级，粗系平均为0.69级，细系平均为0.86级；B类最高为1.0级，粗系平均0.5级，细系平均0.56级；C类、D类均为0级。φ70mm和φ80mm钢材的[O]为10*10-6，φ85mm钢材的[O]为9*10-6。
表3 GCr15轴承钢材低倍检验结果
| 规格/mm | 中心疏松/级 | 一般疏松/级 | 偏析/级 |
| φ70 | 0.5 | 0 | 0 |
| φ80 | 0-0.5 | 0-0.5 | 0.5-1.0 |
| φ85 | 0 | 0-0.5 | 0.5-1.0 |
表4 GCr15轴承钢材高倍检验结果
| 规格/mm | 节号 | 非金属夹杂物 | 液析 | 带状 | 组织 | |||||||
| A粗 | A细 | B粗 | B细 | C粗 | C细 | D粗 | D细 | |||||
| φ70 | A1 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.0 | 3.5 |
| A2 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.0 | 3.5 | |
| A4 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.0 | 3.5 | |
| φ80 | A61 | 1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.0 | 4.0 |
| A62 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.0 | 4.0 | |
| A2 | 1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.0 | 4.0 | |
| φ85 | A61 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.0 | 3.0 |
| A62 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.0 | 3.0 | |
| A63 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | 1.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.0 | 3.0 | |
3、结论
（1）通过控制铁水预处理[S]≤0.005%、120t转炉高拉碳[C]≥0.40%，[P]≤0.010%吹炼、LF低碱度CaO-Al2O3渣系精炼、弱吹Ar搅拌措施，使最终钢材质量达到了YJZ-84质量标准要求。
（2）LF的精炼渣系及氩气搅拌制度应进一步优化，并加强操作控制，减少重复性升温和多次调整成分，使脱氧产彻底排除，降低钢中的氧含量，提高纯净度。
参考文献：
1、中国特钢企业协会 中国特殊钢现状及发展文集 1996 7
2、陈襄武 炼钢过程的脱氧 北京：冶金工业出版社 1991 11
3、张鉴 炉外精炼的理论与实践 北京：冶金工业出版社 1993 12
杨广前，男，27岁，助理工程师。1998年毕业于本溪冶金高等专科学校。从事特殊钢冶炼及精炼工艺研究。
