一种轴承钢及其控制轴承钢中氧和钙含量的方法与流程

本发明涉及钢铁冶金，具体来说是一种轴承钢及其控制轴承钢中氧和钙含量的方法。

背景技术：

1、轴承钢，作为一种重要的金属材料，在现代工业中发挥着举足轻重的作用。它的优良特性，如良好的耐磨性、耐疲劳性能以及高的弹性极限，使得它在汽车、机械、航空航天等诸多关键领域得到广泛应用。轴承钢的性能直接关系到相关设备的运行稳定性和使用寿命，因此，对于轴承钢的生产和质量控制具有极高的要求。

2、在轴承的应用和服役过程中，轴承表面的状况至关重要。如果轴承表面或临近轴承表面的位置存在夹杂物，这些夹杂物随时可能导致轴承表面裂纹的萌生。这些裂纹一旦形成，就会逐渐扩大，严重影响轴承的正常运行，进而降低轴承的使用寿命。因此，如何有效减少和控制轴承钢中的夹杂物，是轴承钢生产过程中的一大挑战。

3、目前，为了降低轴承钢中的氧含量，提高轴承钢的质量，大部分的冶炼工艺都采用了al进行脱氧。al作为脱氧剂，能够有效地与钢中的氧结合，形成氧化铝等化合物，从而降低钢中的总氧含量。然而，尽管采用了这种脱氧工艺，但钢中的总氧含量仍然很难控制在极低的水平。目前，大部分轴承钢中的氧含量能够控制在6-10ppm之间，这一数值虽然相较于过去已有显著降低，但仍有进一步提升的空间。

4、除了氧含量的问题，轴承钢中的钙含量也是影响夹杂物形成的重要因素。钢中的钙会与钢中的b类氧化物发生反应，产生d类夹杂物。d类夹杂物通常具有较大的尺寸和不规则的形状，它们更容易在轴承表面或内部形成裂纹，对轴承的性能和使用寿命造成严重影响。因此，在轴承钢的生产过程中，控制氧和钙的含量显得尤为重要。

5、为了提升轴承钢的质量与性能，本领域技术人员关于控制轴承钢中氧含量进行多种尝试。例如：专利申请号：cn202211040874，申请日：2022.08.29，专利名称为“一种无铝脱氧高碳铬轴承钢的冶炼方法”的申请中，冶炼方法包括铁水预脱硫、转炉冶炼、lf精炼、rh真空处理、连铸工序；铁水预脱硫，终点铁水s含量0.002～0.005wt％；转炉工序：终点钢水s含量≤0.015wt％；lf精炼结束终渣碱度1.5～2.5，feo+mno＜1.0wt％，al2o3≤5wt％；rh工序：真空度≤100pa，高真空时间15～30min；破空后软吹时间10～20min；连铸工序：全程保护浇注，钢包长水口采用氩封保护；采用整体式中间包。此专利采用无al进行脱氧并在lf低碱度冶炼高碱度渣精炼的方法，控制轴承钢中氧含量，钢中氧含量控制在10ppm以内。

6、在如，专利申请号为：cn202310367354，申请日：2023.04.07，专利名称为“一种通过稀土合金对轴承钢精炼炉渣进行改质脱氧降低炉渣tfe的方法”的申请中，生产轴承钢时，出钢过程中，向钢中加入适量铝合金进行初脱氧，并且保持钢中含有一定量的[al]，维持al-o平衡，同时加入适量的合金和渣料；钢水进入lf炉后，根据钢水脱氧程度向钢中分批次加入一定量的脱氧剂，在渣面进行扩散脱氧；在精炼过程中，为彻底脱除lf渣氧，向精炼炉渣中加入稀土铈铁合金，利用稀土与氧的结合作用，脱除渣中氧，控制炉渣氧化性并根据渣况补加石灰和萤石，同时，维持白渣操作；精炼过程中应保持钢液不裸露，并严格控制铝含量，确保进vd前alt含量。本发明解决了精炼炉渣tfe含量高的问题，有效降低钢水氧含量。此专利通过al脱氧同时配加稀土铈的方式，来降低轴承钢中总氧含量。

7、在如，专利申请号为：cn202310928546，申请日：2023.07.26，专利名称为“一种控制不锈钢轴承氧含量的冶炼方法”的申请中，将高炉来的不锈钢铁水在脱硫站进行处理，满足不锈钢铁水硫含量小于0.0035％的要求，然后采用高拉碳进行转炉冶炼，再采用双渣法进行操作，同时在出钢后大罐内全程吹ar，当lf炉精炼采用白渣操作，vd炉操作钢水在小于67pa的真空处理时间大于15分钟，然后进行连铸操作，得到不锈钢轴承钢；控制不锈钢轴承氧含量的冶炼方法，通过加强钢水脱碳的动力学条件，即加强熔池搅拌，使渣钢允分反应，促进反应接近碳氧平衡，从而降低钢水的氧含量，同时要严格减少转炉下渣量,控制转炉下渣量小于5kg/t钢。应适当控制顶渣碱度和氧化性，应控制顶渣碱度在2.0～2.5左右，渣中(feo)+(mno)的含量小于0.5％。此专利通过在lf造低碱度渣，使得铸坯中氧含量小于15ppm。

8、在如，专利申请号为：cn202310634534，申请日：2023.05.31，专利名称为“一种高纯净轴承钢电炉高碳出钢生产工艺”的申请中，采用电炉冶炼、炉外精炼、连铸和轧制工艺生产规格φ55mm轴承钢，满足了gb/t18254特级轴承钢标准；合理的成分设计和生产工艺使该轴承钢具有较低氧、钛、钙含量，钛含量达到了10ppm以内，保证了轴承钢具有较高的纯净度，完全满足轴承钢高的疲劳强度、弹性强度、屈服强度和高的韧性、耐磨性，高且均匀的硬度，高寿命等一系列要求，产品质量稳定；成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、金相均满足高端产品要求；高碳出钢对于电炉生产轴承钢夹杂物控制，提高轴承钢产品质量等级意义重大，实现了电炉连铸流程批量生产高品质轴承用钢gcr15棒材的突破。此专利通过优化冶炼工艺和控制原料成分得到低氧含量的轴承钢。

9、但是，以上的方法中很难将氧含量稳定控制在5ppm以下，同时对于钙含量的控制均没有涉及。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明的目的是控制轴承钢中氧含量在6ppm以下，钙含量在3ppm以下，本发明解决了因氧和钙含量高对轴承钢质量带来危害的问题，实现了轴承钢低氧条件下b类和d类夹杂物控制的方案。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种控制轴承钢中氧和钙含量的方法，转炉或电炉炼钢获得钢液，包括以下步骤：

4、(1)出钢：得到钢包；

5、(2)lf冶炼：向所述步骤(1)的钢包内加入低碱度还原性造渣料；

6、(3)lf冶炼后，钢包进入vd精炼炉前，在渣面配加sic纳米颗粒，随后进行精炼；

7、(4)连铸：得到轴承钢材。

8、作为本发明的进一步优选，步骤(1)中，钢液终点碳质量分数≥0.1％时1600℃～1660℃下出钢。

9、作为本发明的进一步优选，步骤(1)中，出钢过程中加入脱氧剂进行合金脱氧，得到钢包。

10、作为本发明的进一步优选，所述脱氧剂为al锭、锰铁、铬铁和硅铁中的一种或两种以上。

11、作为本发明的进一步优选，步骤(2)中，在lf冶炼40-50min，精炼过程中向钢包内底吹氩气。

12、作为本发明的进一步优选，步骤(2)中，所述的低碱度还原性渣的碱度(cao/sio2)r为1.5-2.0，其中，cao为30-50％，al2o3为20-30％，mgo为1-10％，sio2为10-30％，其余为不可避免的杂质。

13、作为本发明的进一步优选，步骤(3)中，随后进行真空精炼，精炼15-25min。

14、作为本发明的进一步优选，步骤(3)中，所述的纳米sic颗粒的颗粒直径为20-60nm。

15、作为本发明的进一步优选，步骤(4)中氧含量的测定样本为棒材。

16、本发明提供一种轴承钢材，所述轴承钢材由所述的方法制得。

17、本发明提供一种控制轴承钢中氧和钙含量的方法，转炉或电炉炼钢获得钢液，包括以下步骤：

18、(1)出钢：钢液终点碳质量分数≥0.1％时1600℃下出钢，出钢过程中加入脱氧剂进行合金脱氧，得到钢包；

19、(2)向所述步骤(1)的钢包内加入低碱度还原性造渣料，在lf冶炼40-50min，精炼过程中向钢包内底吹氩气；其中，低碱度还原性造渣料为本领域的常用造渣料，主要包括cao、mgo、sio2和al2o3。

20、所述的低碱度还原性渣的碱度(cao/sio2)r为1.5-2.0，其中cao为30-50％，al2o3为20-30％，mgo为1-10％，sio2为10-30％，其余为不可避免的杂质。

21、(3)钢包进入vd精炼炉前，在渣面配加sic纳米颗粒。随后进行真空精炼，精炼15-25min。

22、所述的纳米sic颗粒的颗粒直径为20-60nm。

23、(4)钢包进入连铸机中得到连铸工艺操作，得到氧含量在6ppm以下，钙在3ppm以下的轴承钢材。

24、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

25、1、本发明不改变现有的生产操作工艺，在钢包到lf操作工序之前进行操作，不会对生产带来负担。

26、2、本发明通过vd精炼过程造低碱度渣和渣面添加纳米sic颗粒，控制策略为低碱渣料使用cao的量减少，降低ca含量。氧含量则是通过sic的进一步沉淀脱氧，降低；一方面可以很好的控制b类、d类夹杂物的产生，另一方面通过sic的渣面脱氧进一步降低总氧。

27、3、本发明sic纳米颗粒不会对钢液造成污染。

28、因此，本发明为轴承钢中氧含量和钙含量的控制提供一种新方法和思路，极大的限制氧化物夹杂物对轴承的使用寿命的影响，对轴承钢质量的提升有很大的作用。