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轴承钢冶炼工艺的完善

以轴承钢为传统类型产品的第聂伯特殊钢厂开发电弧炉冶炼、电渣重熔和真空电弧重熔各种类型轴承钢工艺,例如:GCr15、GCr15SiMn、GCr20SiMn、GCr4、GCr15V、55SiMo5VA、95Cr18、ЭИ347等。 
  
轴承钢的规格品种包括φ8~220mm热轧棒材和φ2~40mm精锻冷拔材,φ8~13mm热轧盘条和φ2~12.5mm冷轧盘条,表面特殊精整棒材。随着客户需求的增长和由于开发新工艺流程和设备,轴承钢的生产工艺得以完善。客户首先对未采用电渣重熔和真空电弧重熔冶炼钢的污染度、非金属夹杂含量和使用ГОСТ801-78后的氧含量提出了要求。在持续冶炼期间分阶段完善工艺,以提高未采用特{TodayHot}殊电冶金方法冶炼钢水的纯净度。 
  
第一个工艺流程包括在60t碱性电弧炉内冶炼钢水,精炼和放钢到高碱度渣钢包内,将钢水浇铸成2.8~3.6t钢锭.。钢具有氧化物,特别是点状非金属夹杂含量高的特点,氧含量处于(25~40)ppm水平上。 
  
70~80年代,为了提高钢的纯净度和降低氧含量,公司曾试验过采用CaO-Al2O3 系液态合成渣处理出钢钢水,以及采用真空渣处理装置。这种处理方法保证降低氧化物和硫化物夹杂含量,同时将氧含量降至(15~25)ppm。但是因钢水的点状夹杂污染度高,该工艺未被采纳。 
  
第二个完善轴承钢生产工艺的方法是采用石灰和萤石固态造渣材料冶炼和处理出钢钢水。该工艺可提高产品合格率,特别是在生产断面<40钢时,但是氧含量仍很高(达30ppm),不符合ГОСТ801-78的要求(≤20ppm)。80年代采用的炉外处理方法提高了钢的纯净度和降低了包括氧在内的气体含量。1991年使用了本厂设计的钢包炉,而在1996年则采用了达涅利公司的钢包炉。 
  
用固态造渣材料处理出钢钢水、与钢包炉内高碱度渣处理钢水相匹配提高了钢水纯洁度,降低氧化物、硫化物和点状夹杂含量,同时使钢中氧含量平均降低到18ppm。 
  
1999年投入使用曼内斯曼·德马克公司的钢包型真空装置后,能够达到世界市场根据ASTM和DIN标准评定非金属夹杂污染度和氧含量的要求。完成了以下综合工作:明确了对出炉半成品的要求;试验过不同的出钢方案;用{HotTag}固态造渣材料处理钢水和出钢时脱氧;制定钢包扒渣和钢包炉造新渣工艺;完善在钢包炉和真空装置处理过程中的钢水脱氧过程;钢水“轻微”吹氩工艺被作为关键因素;浇铸过程中吹氩保护钢流;制定从钢水中取氧气样方法;完善氧含量的确定方法。 
  
完善后的工艺流程包括在60t碱性电弧炉内冶炼半成品;放钢到(氧化期或短时间精炼后)Mgo基主衬或复合衬(渣带由方镁石碳砖构成,其余部分为高铝粘土浇注衬)钢包内。放钢时包内加入脱氧剂、增碳剂、合金元素和固态造渣材料。此时确保钢水脱氧和精炼,以便脱硫(脱硫率达60%)和去除非金属夹杂。扒钢包渣后在钢包炉内造新高碱度渣,钢水炉外脱氧精炼达到规定化学成份和温度。钢水经钢包炉炉底透气砖的整个吹氩时间为40~50min,用高碱度渣处理钢水过程中保证炉外精炼钢水,脱硫、脱氧和去除非金属夹杂。钢包炉内钢水经处理后硫含量为0.005%,氧含量为12ppm。包内渣上浮后进行真空处理,以保证包内渣层厚度为60~70mm。高真空度(100Pa)时真空处理10~15min同时钢水吹氩。 
  
真空处理过程中继续精炼钢水去除有害杂质和气体。此时的钢水脱硫率为50~80%,最低含硫量0.003%。真空处理时氢(平均2ppm)、氮(平均75ppm)和氧(平均0.2ppm)含量明显降低。氧样取自于真空处理后的钢水。 
  
研制的整个氧含量确定方法可消除与生产试样时试样表面氧化相关的偏差。采用不同的方法,即根据前苏联ГОСТ801-78、美国标准ASTME-45-95、德国DIN标准50602-85评定污染度时,完善的冶炼、炉外处理和浇铸工艺大大提高了钢水的纯净度。根据DIN标准评定时,真空处理钢水纯洁度高(标准≤12时K3=0,标准≤13时K4=0.12)。根据ГОСТ801-78评定时,约2%炉次偏离最初检测标准,根据电弧炉-固态造渣材料-钢包炉工艺冶炼时,19%炉次偏离标准。根据ASTME标准评定时,较之非真空处理钢轧材的73%硫化物、65%氧化物和85%粗系点状夹杂,真空钢具有100%细系夹杂合格炉次和93%粗系氧化物夹杂合格炉次。 
  
根据ASTME-45的评定,基于评定300~500个试场全部夹杂的D法,将对真空处理钢水质量问题作出最准确的解释。由表中看出,全部类型细系夹杂标准范围较大(5~140倍),而粗系夹杂接近于要求的零位值。采用研制的工艺可为国外用户提供严格要求氧含量达(达12ppm)和非金属杂质含量的真空处理钢。 
  
因此,第聂伯特殊钢厂开发了优质轴承钢生产工艺流程,该工艺较之非真空处理钢水保证炉外精炼钢水,脱硫、去氢、脱氧和去除非金属夹杂。
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