大规格轴承钢GCr15SiMn的试制开发

闻小德
（山钢股份莱芜分公司特钢事业部，山东莱芜　271105）

　　摘　要：莱钢特钢事业部采用热装铁水+废钢→100t电炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸（Φ500mm）→入坑缓冷→加热→Φ1350×1+Φ950×4+Φ800×2轧制→入坑缓冷→精整的工艺流程生产Φ120mmGCr15SiMn轴承钢，通过优化冶炼工艺、保护浇注、弱二冷、控制加热、大压缩比轧制等措施，开发的GCr15SiMn轴承钢成分均匀，纯净度高，氧含量控制在（9～10）×10^-6，碳化物带状级别均在1.5以下，液析0.5级，各项指标完全达到技术标准要求。

　　关键词：轴承钢；GCr15SiMn；大规格；圆坯；产品开发

　　Crl5SiMn钢要求超低氧、高纯净度、耐磨、高疲劳寿命，低倍、高倍、带状、液析要求严格。莱钢特钢事业部采用Φ500mm大断面连铸工艺生产Φ120mm的GCr15SiMn轴承钢，通过优化冶炼工艺、保护浇注、二冷区弱冷、控制加热、大压缩比轧制等措施，使GCr15SiMn钢的各项指标完全达到技术标准要求。

　　1　GCr15SiMn钢主要技术要求

　　1.1化学成分

　　GCr15SiMn钢的标准（GB/T18254—2002）化学成分及内控要求如表1所示。

　　1.2物理性能

　　要求钢材中氧含量≤12×10^-6。钢材低倍试样经酸浸后，应无缩孔、裂纹、皮下气泡、过烧、白点及有害夹杂物。低倍组织和高倍检验按GB/T18254-2002评定，合格级别符合表2规定。

　　1.3工艺流程

　　GCr15SiMn轴承钢生产工艺流程为：废钢+60%～70%热装铁水→100t电炉冶炼→120tLF精炼→VD真空脱气→连铸（Φ500mm）→入坑缓冷→加热→Φ1350×1+Φ950×4+Φ800×2轧制→入坑缓冷→精整→入库。

　　2　工艺控制要点

　　2.1电炉冶炼

　　电炉配料选用优质废钢，严禁加入渣钢、罐帮铁等高磷、高硫、高钛的废钢以及海绵铁、粒钢等，采用12h以内生产的新石灰。为保证生产节奏，电炉冶炼采取炉内留钢、留渣操作，稳定的铁水兑入量，合理的供电制度，冶炼采取留钢留渣操作，增加氧气流量来快速脱碳、脱磷，中后期及时向炉内补加渣料，保证脱P效果，并适当减少氧气流量，防止钢水过氧化。采用全程泡沫渣埋弧冶炼操作方式，保证均匀脱碳，减少吸氮。钢水终点成分控制为C≥0.50%、P≤0.008%，其他残余元素含量符合标准要求，出钢温度控制在1600～1640℃。

　　2.2精炼工艺

　　适当提高轴承钢炉渣碱度可降低钢中氧含量，有利于脱硫，但过高的炉渣碱度又会增加D类夹杂物含量^[1]，精炼工位控制炉渣碱度＞3.5。采用少量铝粒和SiC配合进行扩散脱氧，并根据渣况补加适量石灰或萤石。将钢包顶渣调成白渣后，一次性喂入足够的铝线，后期不喂铝线，严禁进行钙处理。白渣保持时间＞20min，出钢温度应根据VD温降情况进行调整，保证VD真空处理后上连铸钢的温度符合要求。

　　2.3VD真空处理

　　VD前期、后期冶炼阶段小氩气流量控制在10～20L/min，快速抽真空，使真空度快速达到67Pa以下，真空度达到67Pa后控制氩气流量90～100L/min，总处理时间≥20min，将钢中氢脱至1.5×10^-6以下。破空后软吹时间≥20min，软吹氩时严禁裸露钢水和大氩气量搅拌降温。VD处理后测温，控制出钢温度，连铸第1炉温度1525～1535℃，正常炉次温度1500～1510℃。

　　2.4大圆坯连铸

　　连铸浇注过程采用大包水口吹氩和整体水口中间包全程保护浇注，采用轴承钢专用保护渣，中间包采用加盖和中间包覆盖剂配合使用的保温方式^[2]。GCr15SiMn钢液相线温度为1445℃，中间包过热度按20～30℃控制。GCr15SiMn钢属于高碳钢种，二冷制度采用弱冷；拉速控制在（0.35±0.01）m/min，中间包液面不低于800mm，结晶器液面波动≤±2mm。结晶器电磁搅拌为200A、1.2Hz，末端电磁搅拌为88A、6.0Hz。铸坯定尺切割后及时入坑缓冷，保证入坑温度≥650℃，缓冷时间≥72h，出坑温度≤200℃。

　　2.5大圆坯加热

　　大圆坯进入三段步进式加热炉，炉内保证弱还原性气氛。参考GCr15SiMn钢的高温塑性曲线（见图1），铸坯在900℃以下缓慢升温预热，＞900℃后方可提高加热速度^[3]。加热段温度控制在1180～250℃，均热段温度控制在1180～1220℃，允许温差≤30℃。控制预热段时间≥6h，高温扩散时间≥5h，使圆坯温度均匀，保证奥氏体的成分与组织均匀化。

　　2.6轧制工艺

　　在轧制轴承钢初期，钢坯温度较高，碳化物液析处于熔融态，此时施以大变形量，有利于轴承钢碳化物液析分散，从而降低轴承钢液析级别^[4]。控制开轧温度1050～1150℃，Φ500mm大圆坯经二辊可逆11道次轧制成200mm×200mm方坯，再进Φ950×4+Φ800×2连轧机轧成Φ120mm的成品圆钢。

　　轧制过程要严格控制钢材外形尺寸、弯曲度。热轧圆钢的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T702中Ⅰ组精度规定。加强对轧制节奏的控制，保证终轧温度≥850℃。轧后钢材采取入坑缓冷方式，且保证钢材入缓冷坑温度＞500℃，缓冷时间＞96h，出缓冷坑温度＜100℃。

　　3　产品质量检验及分析

　　3.1化学成分和气体含量

　　VD破空后取成品样，GCr15SiMn成品成分见表1（即实测炉次）。由表1可以看出莱钢100t电炉生产的GCr15SiMn钢化学成分控制稳定，残余元素均控制在技术标准要求之内。

　　3.2钢材物理性能

　　钢材内部质量控制良好，低倍检验及高倍组织结果完全满足技术标准要求（见表2）。GCr15SiMn钢材成品的低倍组织见图2。GCr15SiMn钢的碳化物带状（见图3）级别在1.5级以下，碳化物液析全部为0.5级（见图4）。

　　4　结语

　　莱钢特钢100t电炉生产线采用Φ500mm连铸圆坯轧制Φ120mm的GCr15SiMn轴承钢，各项性能指标完全满足技术标准要求，钢材质量良好；GCr15SiMn轴承钢成分均匀，纯净度高，各类夹杂物级别低、分布均匀，氧含量控制在（9～10）×10^-6；GCr15SiMn轴承钢碳化物带状级别均在1.5以下，碳化物液析均为0.5级别。本次试制共生产GCr15SiMn轴承钢3个炉次300余t，工艺控制过程稳定，具备了批量生产GCr15SiMn轴承钢的条件。

　　参考文献：

　　[1]于平，陈伟庆，冯军，等.高碱度渣精炼的轴承钢中夹杂物研究[J].钢铁，2004，39（7）：22-23.

　　[2]杨密平.50tEBTEAF-LF（VD）-CC流程生产G55SiMoVA轴承钢的工艺实践[J].特殊钢，2014，35（2）：33-36.

　　[3]许加陆，袁文军，袁敏，等.高碳铬轴承钢连铸圆坯冷装加热工艺分析[J].现代冶金，2014，38（4）：31-33.

　　[4]孙正炜，王金海，卢光勇.轧制初期变形量对轴承钢碳化物液析的影响[J].山东冶金，2013，35（3）：44-46.
 

来源：《山东冶金》2014年10月