李 彬， 馬忠存

(北滿(mǎn)特殊鋼有限責(zé)任公司， 黑龍江 齊齊哈爾 161041)

軸承鋼具有高可靠性、高疲勞壽命、高剛度，是對(duì)潔凈度、質(zhì)量要求嚴(yán)格且應(yīng)用廣泛的鋼種，潔凈度影響著軸承鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能，是影響其壽命的重要因素之一，降低鋼中非金屬夾雜物、有害氣體元素是提高潔凈度的出發(fā)點(diǎn)，為此，針對(duì)某廠AOD-LF-VD-CC工藝生產(chǎn)軸承鋼的潔凈度進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為優(yōu)化生產(chǎn)工藝，冶煉高質(zhì)量軸承鋼提供必要的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

為了全面了解整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中各工序鋼水潔凈度的變化，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)，在LF—VD—CCM—成品過(guò)程中取3爐分別取提桶樣，將提桶樣加工成氣體棒、鋼屑，并取一定渣樣。氣體棒加工規(guī)格為Φ5×25mm，共計(jì)17個(gè)，用來(lái)分析氧含量和氮含量；未氧化的鋼屑取樣20g分別為CCM1、CCM2、CCM3；爐渣樣分別為VD1-1、VD3-1、LF3-1，金相樣由自動(dòng)磨樣機(jī)制樣，利用掃描電鏡Feature功能，選取100個(gè)視場(chǎng)，在放大1000倍的情況下掃描觀測(cè)夾雜物特征，分析了夾雜物的平均粒徑大小變化和夾雜物數(shù)量的變化。試樣選取具體工序位置如表1所示。

表1 系統(tǒng)取樣方案

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 各工序氧含量分析

在一定程度上，鋼中的總氧T[O]代表了氧化物夾雜的數(shù)量，其值的大小經(jīng)常作為鋼潔凈度非常有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在固體狀態(tài)下，鋼中的氧幾乎全部以氧化物夾雜形態(tài)存在，鋼中T[O]含量的高低代表了存在于鋼中的氧化物夾雜的多少。由于顆粒較大的夾雜物比顆粒較小的夾雜物更容易被去除，因而鋼中夾雜物尺寸將隨T[O]含量降低而減少。試驗(yàn)各工序鋼中T[O]平均值的變化如表2、圖1所示：

表2 各工序鋼中氧含量

圖1 各工序鋼中氧含量

從表2和圖1中可以看出，12543爐在喂鋁前全氧含量37ppm，喂鋁后氧含量降到13ppm，脫氧率為65%左右，經(jīng)過(guò)VD處理后氧含量降至11ppm，中間包氧含量平均值也在10ppm，脫氧效果基本上達(dá)到要求。12541和12544爐全氧LF處理前后分別為10ppm、17ppm和10ppm、14ppm，VD出站進(jìn)一步降低到6ppm和12ppm，材上為8ppm和10pmm。同時(shí)可以認(rèn)為L(zhǎng)F一次樣的全氧較低則經(jīng)VD處理后到材上的氧也較低，因而為控制軸承鋼中的全氧，LF把前期渣做透、做白對(duì)后期全氧的控制是有利的，用過(guò)量的鋁對(duì)鋼液進(jìn)行沉淀脫氧，再用氬氣攪拌使夾雜物上浮至渣鋼界面被熔渣吸收；VD處理過(guò)程中，為保證脫氣采用強(qiáng)攪拌將渣面吹開(kāi)，使鋼液直接暴露在真空下，并將部分熔渣卷入鋼液以增加渣鋼接觸界面，如果這部分渣不能從金屬液中排出則會(huì)增加鋼液總氧量。為此，VD后期應(yīng)有一定的弱攪拌時(shí)間(也可在鋼包吊出VD工位后鎮(zhèn)靜)；防止二次氧化；提高耐火材料質(zhì)量及操作水平，盡量減少因耐火材料帶入的外來(lái)夾雜及中間包覆蓋渣和連鑄保護(hù)渣卷入鋼液。

2.2 各工序氮含量分析

鋼中鈦、氮含量與氮化鈦夾雜有一定的關(guān)系，即隨著鈦、氮含量的提高，鋼中氮化鈦夾雜增加。氮化鈦是一種硬而脆的夾雜物，它對(duì)鋼的疲勞壽命特別有害。各工序過(guò)程中氮含量如下表3和圖2所示。

表3 各工序鋼中氮含量

圖2 各工序鋼中氮含量

從表3和圖2可以看出12543爐喂鋁前氮含量在46ppm，待喂鋁后，氮含量增加至62ppm，氮含量增加了約34.7%，這可能與以下因素有關(guān)：喂鋁線時(shí)液面裸露以及電極電離作用使鋼液增氮進(jìn)入。VD工藝后氮含量有所下降但不明顯，到中間包之后氮含量顯著提升，達(dá)到80ppm左右，增氮率近46%，這說(shuō)明從大包到中間包之間注流被卷入空氣，造成氮含量急劇上升。12542和12544爐在LF精煉后均出現(xiàn)了增氮，LF1樣到出站分別增加了4ppm和12ppm，VD真空處理后分別降低到47ppm和52ppm，脫氮率分別達(dá)14.5%和21.1%，但是在澆注過(guò)程中均出現(xiàn)了增氮現(xiàn)象，分別為11ppm和21ppm，說(shuō)明保護(hù)澆注系統(tǒng)存在一定的問(wèn)題。為此，真空精煉過(guò)程要適當(dāng)提高氬氣攪拌功率，強(qiáng)化脫氮?jiǎng)恿W(xué)條件；連鑄過(guò)程中要保證全程保護(hù)澆注，避免鋼液與大氣直接接觸吸氮。

2.3 各工序工序夾雜物平均粒徑以及數(shù)量分布的變化分析

夾雜物對(duì)鋼性能的影響取決于夾雜物的數(shù)量、粒徑大小等因素，各工序夾雜物平均粒徑、數(shù)量、大于13μm的數(shù)量如表4、圖3所示。

表4 各工序夾雜物平均粒徑、數(shù)量、大于13μm的數(shù)量

圖3 各工序夾雜物平均粒徑、數(shù)量、大于13μm的數(shù)量

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，LF處理前夾雜物數(shù)量較多且粒徑較大，LF處理后夾雜物數(shù)量明顯減少且粒徑變小。由此可見(jiàn)，LF爐外精煉對(duì)改變夾雜物的數(shù)量和大小是至關(guān)重要的；在VD破空后，鋼水中的夾雜物數(shù)量和粒徑均出現(xiàn)了上升，說(shuō)明由于真空的大氣量攪拌，在去除氣體的同時(shí)，造成了鋼水的污染，同時(shí)結(jié)合Als的大幅度降低，Al的二次氧化也造成夾雜物含量的上升，為此在VD精煉過(guò)程中應(yīng)采取一定的措施(比如：在真空度較低下，開(kāi)始攪拌；攪拌適當(dāng)控制底吹氣量等)減少VD中鋼水的污染，同時(shí)強(qiáng)化軟吹效果；對(duì)比大于13μm夾雜物數(shù)量都是在VD破空后和連鑄中包達(dá)到最大值，到了材樣后降到最低值，第二爐比第一爐的材樣中夾雜物數(shù)量低，并且兩爐中夾雜物數(shù)量變化規(guī)律也基本上接近。

3 結(jié)論

(1)棒材上全氧含量為8～10ppm，脫氧效果基本上達(dá)到要求，氮含量為50～80ppm左右，LF、澆鑄過(guò)程中發(fā)生不同程度地增氮，有待改善保護(hù)澆注系統(tǒng)。

(2)VD破空后，鋼水中的夾雜物數(shù)量和粒徑均增加，應(yīng)適當(dāng)提高氬氣攪拌功率，強(qiáng)化軟吹效果；連鑄過(guò)程中要保證全程保護(hù)澆注，避免鋼液與大氣直接接觸吸氣，減少VD中鋼水的污染。