一种汽车轴承用钢及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202410134174.0 | 申请日 | 2024-01-31 | 公开(公告)号 | CN117926137A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 中天钢铁集团有限公司; 常州中天特钢有限公司; | 发明人 | 陈廷军; 袁静; 徐建飞; 赵阳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于 轴承 钢 技术领域，具体涉及一种 汽车 轴承用钢及其制备方法。汽车轴承用钢的成分范围为C：0.15‑0.25％，Si：0.15‑0.35％，Mn：0.75‑1.00％，Cr：0.80～1.00％，Cu：0.05‑0.25％、Al：0.030～0.050％，P≤0.025％，S≤0.020％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.0030％，N：100‑250ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。制备方法包括转炉 冶炼 、LF精炼、RH 真空 、 连铸 、棒材 轧制 。本发明通过合理设计成分，优化冶炼及控轧控冷工艺，冶炼的钢具有高均质化，高纯净度，晶粒细小，疲劳寿命高的特点，经长时间高温渗 碳 不混晶，可显著降低下游客户加工成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种汽车轴承用钢，其特征在于：所述汽车轴承用钢化学成分按质量百分比计为：C： |
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| 说明书全文 | 一种汽车轴承用钢及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于轴承钢技术领域，具体涉及一种汽车轴承用钢及其制备方法。 背景技术[0002] 渗碳轴承钢属于优质低碳合金结构钢，是各种机械部件的支承，广泛应用于机械设备制造领域。渗碳轴承钢的结构特点和工作条件要求轴承零件必须具备高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度、良好的韧性、尺寸稳定性、耐蚀和冷热加工性能。渗碳轴承钢是在材料表层适当深度范围内进行渗碳，使其具有致密的组织，并形成硬化层，而中心部位硬度较低，具有较好的心部冲击韧度，由于渗碳轴承钢的使用性能很好，其寿命与高碳铬轴承钢相同。作为用在汽车安全件上的钢材，则对其使用寿命、安全性上要求更高。为此特钢生产企业也就渗碳轴承钢的生产工艺进行了相关研究。如专利号CN202110718201一种渗碳轴承用钢的冶炼工艺，根据描述采用VD炉进行真空处理，VD真空过程钢渣混冲，必然导致钢中的低熔点钙铝酸盐夹杂增加，及时长时间软吹但效果仍不明显；真空后喂入铝线，也会导致钢中新的夹杂物生成，降低钢水纯净度。 发明内容[0003] 本发明的目的旨在提供一种汽车轴承用钢及其制备方法。 [0004] 本发明提供的一种汽车轴承用钢，为渗碳钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.15‑0.25％，Si：0.15‑0.35％，Mn：0.75‑1.00％，Cr：0.80～1.00％，Cu：0.05‑0.25％、Al： 0.030～0.050％，P≤0.025％，S:0.010‑0.030％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.0030％，N：100‑ 250ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。 [0006] (1)转炉工序 [0007] 转炉采用单渣法冶炼，全程底吹氮气。出钢C含量控制为0.07‑0.15％，出钢过程中加入100kg‑200kg铝块进行强脱氧，采用硅铁、低碳铬铁、低碳锰铁合金进行合金化，硅铁合金全部在转炉炉后加入，其他合金不做特殊要求，可在转炉炉后加入或者精炼炉补加。利用转炉炉后滑板挡渣+挡渣锥的双挡出钢，红外下渣检测监控，严禁出钢下渣，加入500kg石灰、300kg化渣剂，出钢温度≥1600℃，出钢时间≥3.5min。 [0008] (2)LF精炼工序 [0009] 精炼通电化渣，底吹氩气流量调整至0.6‑0.7MPa,前期使用铝粒和碳化硅脱氧，补加≤50kg石灰，控制炉渣二元碱度4.0‑6.0，根据样品调整成分，铝含量按照0.070‑0.080％调整，精炼中后期底吹氩气流量调整至0.25‑0.35MPa，使用碳化硅保渣，出站Mn按照0.65‑0.75％、Al按照0.50‑0.60％控制，除氮含量外，其他元素按照目标值控制。 [0010] (3)RH真空工序 [0011] RH真空过程中提升气体流量设定≥120Nm3/h，提升气体种类为氮气。真空度达到67Pa以下，保压时间≥15min，破空后根据精炼出站锰含量补加氮锰线400‑600m，目标Mn含量0.77‑0.79％，禁止喂入钙线或其他改变夹杂物形态的材料，软吹时间≥30min。 [0012] (4)方坯连铸工序 [0013] 采用稳定过热度、低拉速浇注，结合合适的二冷制度、首末端电磁搅拌，拉速为0.85m/min，比水量为0.25L/min，内、外、左、右弧分配分别为20％、24％、28％、28％，结晶器电磁搅拌250A/3Hz，末端电磁搅拌100A/6Hz。并开启长水口氩封及中间包氩封，并使用碱性覆盖剂及优质碳化稻壳，确保中包黑渣面覆盖；使用吹氩水口浇注，吹氩水口流量1.0‑ 2.0NL/min，背压≥0.8MPa，全自动加渣系统确保结晶器黑渣面浇注。 [0014] (5)棒材轧制工序 [0015] 冷坯进炉，采用步进式加热炉加热，预热段温度750‑900℃，加热一段950‑1150℃，加热二段、均热段1150‑1230℃，步进节奏78‑146s/支，总加热时间140‑260min，开轧温度1050‑1150℃；第1轧制道次变形比≥1.25，第2道次轧制变形比≥1.3，使用水箱轧中穿水降温，充分返温后采用kocks轧机终轧温度850‑950℃，上冷床温度820‑920℃。 [0016] 本发明的有益效果在于： [0017] 1、本发明通过合理设计成分控制，优化氮含量过程控制，达到细化晶粒的目的，配合适合的加热及轧制工艺，经长时间高温渗碳不混晶，更利于客户使用，且可显著降低下游客户的加工成本。 [0018] 2、本发明通过优化连铸工艺，采用慢拉速、强搅拌、弱冷却的浇注方式，同时，由于弧形连铸机重力作用，往往内弧柱状晶更发达，本发明单独控制降低内弧水量，抑制凝固过程内弧柱状晶的生长，提高等轴晶比例，配合轧钢前2轧制道次大变形轧制，破碎铸坯遗传的树枝状晶，使圆钢的低倍质量更优，宏观组织更加均匀。 [0019] 3、本发明通过优化渣料配比、过程铝含量控制，吹氩水口浇注，禁止钙处理措施，在保证钢水可浇性的同时，纯净度显著提升。轧制成的钢材经10M探头(增益21dB)+50M探头水浸探伤未发现缺陷，钢材洁净度完全满足汽车用钢的要求，安全性显著提高。附图说明 [0020] 图1为实施例1制得的棒材10M探头水浸探伤C扫图； [0021] 图2为对比例1制得的棒材10M探头水浸探伤C扫图； [0022] 图3为实施例1制得的棒材50M探头水浸探伤C扫图； [0023] 图4为对比例4制得的棒材50M探头水浸探伤C扫图； [0024] 图5为实施例2制得的棒材低倍镜下照片； [0025] 图6为对比例3制得的棒材低倍镜下照片； [0026] 图7为实施例2制得的棒材980℃渗碳后晶粒度； [0027] 图8为对比例5制得的棒材980℃渗碳后晶粒度(混晶)。 具体实施方式[0028] 采用转炉冶炼→LF精炼→RH真空→连铸→棒材轧制工艺生产汽车轴承用钢。冶炼成品成份控制：C：0.15‑0.25％，Si：0.15‑0.35％，Mn：0.75‑1.00％，Cr：0.80～1.00％，Cu：0.05‑0.25％、Al：0.030～0.050％，P≤0.025％，S:0.010‑0.030％，Ca≤0.0010％，Ti≤ 0.0030％，N：100‑250ppm。 [0029] 本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。 [0030] 实施例1 [0031] (1)转炉工序 [0032] 120t转炉采用单渣法冶炼，全程底吹氮气。出钢C含量控制为0.12％，出钢过程中加入120kg铝块进行强脱氧，采用硅铁、低碳铬铁、低碳锰铁合金进行合金化，利用转炉炉后滑板挡渣+挡渣锥的双挡出钢，红外下渣检测监控，严禁出钢下渣，加入500kg石灰、300kg化渣剂，出钢温度1610℃，出钢时间4min。 [0033] (2)LF精炼工序 [0034] 精炼通电化渣，底吹氩气流量调整至0.65MPa，前期使用铝粒和碳化硅脱氧，补加50kg石灰，控制炉渣二元碱度4.5，根据样品调整成分，铝含量按照0.075％调整，精炼中后期底吹氩气流量调整至0.28MPa，使用碳化硅保渣，出站Mn按照0.66％、Al按照0.58％控制，除氮含量外，其他元素按照目标值控制。 [0035] (3)RH真空工序 [0036] RH真空过程中提升气体流量设定120Nm3/h，提升气体种类为氮气。真空度达到67Pa以下，保压时间16min，破空后喂入600m氮锰线，(氮锰线按每百米增加0.02％Mn计算)禁止喂入钙线或其他改变夹杂物形态的材料，软吹时间33min。 [0037] (4)方坯连铸工序 [0038] 采用稳定24℃过热度、拉速为0.85m/min，比水量为0.25L/min，内、外、左、右弧分配分别为20％、24％、28％、28％，结晶器电磁搅拌250A/3Hz，末端电磁搅拌100A/6Hz。浇注时开启长水口氩封及中间包氩封，并使用碱性覆盖剂及优质碳化稻壳，确保中包黑渣面覆盖；使用吹氩水口浇注，全自动加渣系统确保结晶器黑渣面浇注。 [0039] (5)棒材轧制工序 [0040] 冷坯进炉，采用步进式加热炉加热，预热段温度800‑900℃，加热一段980‑1100℃，加热二段、均热段1150‑1230℃，步进节奏100s/支，总加热时间190min，开轧温度1100‑1140℃，使用水箱轧中穿水降温，充分返温后采用kocks轧机终轧温度880‑940℃，上冷床温度840‑900℃。 [0041] 通过上述方法制得的汽车轴承用钢的主要成分及指标：C：0.22％，Si：0.24％，Mn：0.84％，Cr：0.93％，Cu：0.07％，Al：0.035％，P：0.015％，S：0.015％，Ca：0.0002％，Ti： 0.0010％，N：140ppm；Al/N：2.5，具体指标见表1、表2。 [0042] 实施例2 [0043] (1)转炉工序 [0044] 转炉采用单渣法冶炼，全程底吹氮气。出钢C含量控制为0.10％，出钢过程中加入150kg铝块进行强脱氧，采用硅铁、低碳铬铁、低碳锰铁合金进行合金化，利用转炉炉后滑板挡渣+挡渣锥的双挡出钢，红外下渣检测监控，严禁出钢下渣，加入500kg石灰、300kg化渣剂，出钢温度1620℃，出钢时间3.8min。 [0045] (2)LF精炼工序 [0046] 精炼通电化渣，底吹氩气流量调整至0.66MPa,前期使用铝粒和碳化硅脱氧，补加45kg石灰，控制炉渣二元碱度4.9，根据样品调整成分，铝含量按照0.073％调整，精炼中后期底吹氩气流量调整至0.25MPa，使用碳化硅保渣，出站Mn按照0.68％、Al按照0.57％控制，除氮含量外，其他元素按照目标值控制。 [0047] (3)RH真空工序 [0048] 真空度达到67Pa以下，保压时间17min，破空后喂入500m氮锰线，禁止喂入钙线或其他改变夹杂物形态的材料，软吹时间30min。 [0049] (4)方坯连铸工序 [0050] 采用稳定25℃过热度，其他条件同实施例1。 [0051] (5)棒材轧制工序 [0052] 冷坯进炉，采用步进式加热炉加热，预热段温度780‑880℃，加热一段980‑1120℃，加热二段、均热段1180‑1220℃，步进节奏96s/支，总加热时间182min，开轧温度1090‑1130℃，使用水箱轧中穿水降温，充分返温后采用kocks轧机终轧温度880‑950℃，上冷床温度850‑910℃。 [0053] 通过上述方法制得的汽车轴承用钢的主要成分及指标：C：0.21％，Si：0.25％，Mn：0.85％，Cr：0.91％，Cu：0.08％，Al：0.037％，P：0.018％，S：0.015％，Ca：0.0001％，Ti： 0.0011％，N：150ppm；Al/N：2.47，具体指标见表1、表2。 [0054] 对比例1 [0055] 与实施例1相比，主要区别在于：转炉出钢渣料为300kg石灰+500kg化渣剂，精炼使用石灰量300‑400kg。 [0056] 通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分及指标：C：0.20％，Si：0.28％，Mn：0.85％，Cr：0.92％，Cu：0.08％，Al：0.035％，P：0.019％，S：0.010％，Ca：0.0003％，Ti： 0.0010％，N：145ppm；Al/N：2.41，炉渣碱度7.0，具体指标见表1、表2。 [0057] 对比例2 [0058] 与实施例1相比，主要区别在于：精炼中后期调铝，RH真空后补喂铝线。 [0059] 通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分及指标：C：0.21％，Si：0.27％，Mn：0.83％，Cr：0.90％，Cu：0.08％，Al：0.030％，P：0.015％，S：0.014％，Ca：0.0005％，Ti： 0.0011％，N：140ppm；Al/N：2.14，具体指标见表1、表2。 [0060] 对比例3 [0061] 与实施例2相比，主要区别在于：连铸拉速为0.90m/min，比水量为0.30L/min，各弧水量平均控制，结晶器电磁搅拌150A/3Hz，末端电磁搅拌100A/6Hz。 [0062] 通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分及指标：C：0.21％，Si：0.27％，Mn：0.84％，Cr：0.91％，Cu：0.07％，Al：0.036％，P：0.012％，S：0.016％，Ca：0.0002％，Ti： 0.0011％，N：142ppm；Al/N：2.54，具体指标见表1、表2。 [0063] 对比例4 [0064] 与实施例2相比，主要区别在于：不使用吹氩水孔，部分硅铁在精炼炉加入以及采用钙处理保证可浇性。 [0065] 通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分及指标：C：0.22％，Si：0.25％，Mn：0.90％，Cr：0.93％，Cu：0.06％，Al：0.033％，P：0.016％，S：0.010％，Ca：0.0006％，Ti： 0.0011％，N：142ppm；Al/N：2.54，具体指标见表1、表2。 [0066] 对比例5 [0067] 与实施例2相比，主要区别在于：kocks轧机终轧温度800‑850℃，上冷床温度780‑820℃。 [0068] 通过上述方法制造的汽车轴承用钢的主要成分：C：0.22％，Si：0.25％，Mn：0.85％，Cr：0.93％，Cu：0.09％，Al：0.037％，P：0.015％，S：0.014％，Ca：0.0001％，Ti： 0.0009％，N：1145ppm；Al/N：2.55，具体指标见表1、表2。 [0069] 表1.各项指标评级(检验标准：GB/T 10561) [0070] [0071] 表2.各项指标评级 [0072] |
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