轴承钢GCr15的脱氧工艺优化与分析

　　轴承钢主要用于制造轴承的滚珠和滚圈,它具有很高的硬度、强度和耐磨性。由于轴承在工作时受力的接触面积很小,同时受高速度的反复不断变化的应力,所以对轴承钢的质量要求比较高。钢的纯净度和耐用寿命有着很密切的关系,因此对钢中气体和夹杂物的含量要求很严。一般广泛应用的轴承钢为GCr15。南京钢铁联合有限公司(以下简称南钢)轴承钢GCr15棒线材已生产了2年,实物质量取得了明显提高,钢中氧质量分数基本上能控制在12×10-6以下,但钢中的D类夹杂物(球状不变形夹杂物)级别仍然较高,普遍在粗系0.5～1.5级,细系0.5～2.0级(国标要求粗系≤1.0级,细系≤1.0级)。为了有效去除钢中的D类夹杂,对LF、VD工序专门取过程钢样和渣样,做O、N气体分析和渣样分析,然后做脱氧工艺优化试验,取得了显著效果。

　　1　氧、氮和夹杂物分析

　　O、N数据见表1,LF吊桶样w([O])=(8～13)×10-6,w([N])=(48～54)×10-6,VD吊桶样w([O])=(9～14)×10-6,w([N])=(32～40)×10-6,VD过程w([O])下降14×10-6。可见,原冶炼工艺中的钢液脱氧任务主要在LF完成,VD主要作用是脱氮,脱氧效果并不明显。个别炉号[O]上升,这是由于VD初始[O]已经很低、真空处理时真空度不够低,真空时间不足或VD前后钢水可能有裸露现象等原因而造成。钢材成品中的D类夹杂物(球状不变形夹杂物)级别较高,普遍在粗系0.5～1.5级,细系0.5～2.0级(国家标准要求粗系≤1.0级,细系≤1.0级)。

　　2　精炼渣成分分析

　　表2为8炉渣样的分析数据。VD过程中渣中w(CaO)平均上升0.16 %,基本不变,下降炉次是由于钢中SiO2、Al2O3夹杂上浮后渣量增加而造成。

　　VD过程w(SiO2)平均下降3.04 %,这是因为在真空条件下,碳的脱氧能力超过硅,碳将(SiO2)还原成Si,生成CO。(SiO2)的下降导致R2平均上升5.53,VD后平均R2高达12.58。这么高的炉渣碱度恶化炉渣流动性,对脱氧、脱硫均很不利。

　　VD过程w(Al2O3)平均上升2.95 %,表明脱氧产物(Al2O3)在真空的良好搅拌下从钢液中分离,被渣吸附。有关研究表明,有44 %的脱氧产物在真空处理过程中上浮。

　　VD过程w(S)上升0.05 %,说明VD过程钢水在进一步脱硫。

　　3　脱氧工艺分析

　　3.1　脱氧剂的分析

　　GCr15脱氧元素主要是Si和Al,出钢时喂Al线进行钢液的脱氧,精炼开始和结束时喂Al丝脱氧,使钢中氧含量进一步下降。运用吹氩搅拌,除了起搅拌作用外,同时还有脱气的作用。有关资料显示,当每吨钢吹Ar量达0.1 m3时,常压下的吹Ar脱气率可达70 %,当真空度达50.66kPa时,吹Ar脱氧量大于90 %。为此,脱氧工艺可以作适当调整:(1)适当减少加Al量,以减少Al2O3的生成量,提高LF结束时的[O],充分发挥VD的脱氧作用。(2)延长吹Ar时间,一方面提高吹Ar脱气率,另一方面促进Al2O3夹杂物的上浮。