[发明专利]一种控制轴承钢中碳化物形态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术，具体地涉及一种控制轴承钢中碳化物形态的方法。

背景技术

碳化物是保证轴承基本性能，例如硬度、强度、耐磨性和疲劳寿命必不可少的条件。含1.0％C、1.5％Cr的轴承钢中小方坯碳化物很难做到弥散分布。

前人关于Mg对钢中碳化物的影响做了大量的工作，认为微量的镁能改善镍基和铁基高温合金中碳化物的形态、尺寸及分布，能显著改善其性能的特点。添加镁可以减轻元素的偏析和消除共晶碳化物网。研究了镁对轴承钢中碳化物的作用机理，认为钢液在凝固时镁富集于枝晶间区域。枝晶间区域由于富镁，使母相一碳化物的界面能与母相一母相界面能比值升高，这使析出碳化物与基体间的润湿角变大因而枝晶碳化物成大片析出的倾向减小，阻止和减轻了液相碳化物的析出。钢锭在加热和加工过程中，镁原子亦可能由晶体中向晶界迁移，从而碳化物溶解后重新析出时起到有益的分割和细化作用。由于平衡偏析的作用而使Mg在晶界偏析，对沿晶界析出的碳化物相颗粒有细化、分离和球化的作用，可以使晶界析出物从不利的片状或连续分布转变为颗粒状和链状分布。综上所述，镁对减少网状碳化物的析出是有作用的。

微量镁对铁基、镍基合金中的碳化物的形貌、分布、以及对其力学性能有明显的改善。如周德光等人所公开的通过在钢中加入Mg块和镍镁合金的方法，使得Mg进入钢中(周德光、傅杰等，《钢铁》，2002，vol.37，No.7，PP23-25)。

但在钢的冶炼过程中直接加入镁合金时，上述方法存在如下缺点：

1.镁的收得率太低，直接加金属镁时镁的收得率只有0.76％-1.50％；以镍镁合金(镁含量占19.3wt％)的形式加入收益率为5.8％。

2.在钢中的镁含量难以控制，由于在加镁时钢液存在不同程度的喷溅，随着气相压力的降低，喷溅严重，镁的挥发加剧，因此很难使得钢液中的镁含量保持在一个合适的范围内。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制轴承钢中碳化物级形态的方法，在真空脱气(VD)炉冶炼过程中，通过轴承钢中的C，还原精炼渣中的MgO，从而使[Mg]进入轴承钢中去，从而进一步改善轴承钢中的碳化物的形态。

一种控制轴承钢中碳化物形态的方法，轴承钢在钢包精炼(LF)炉冶炼结束后，改变真空脱气(VD)炉精炼渣的成分，采用的精炼渣成分为CaO 41～51wt％、MgO 6～16wt％、SiO₂16～26wt％、Al₂O₃12～22wt％，在温度为1520～1570℃，真空压为30～100Pa的工艺参数下进行冶炼，冶炼时间为10～15分钟。

本发明方法的机理是：

前人的研究表明：固溶Mg对钢中的碳化物产生有利影响。精炼渣中的MgO可以在一定条件下被还原成固溶Mg进入到钢中的碳化物中，见下式：

(MgO)+[C]＝[Mg]+CO_(g)

通过理论计算表明：决定钢中固溶镁的含量，主要取决于：真空度，温度，以及钢中MgO的含量。在真空度较高的情况下(真空度小于100Pa)，温度高于1520℃时，炉渣中的MgO可以被轴承钢中的溶解的C还原，使得Mg以固溶态进入轴承钢中。

通过计算和实验验证：冶炼温度在高温时，真空度达到一定值，精炼渣中MgO含量在某一范围(6～16wt％)时，钢中的Mg含量达到最佳值，对改善钢中碳化物的形态有明显作用。因此通过适当改变精炼渣的成分，使得Mg进入轴承钢中，可以对钢中碳化物产生有益的影响。

前人方法的局限性：前人研究镁对钢中碳化物的影响，主要通过在钢的冶炼过程中，直接加入镁块和镁合金。上述方法存在如下缺点：

1.镁的收得率太低，导致成本太高。直接加金属镁时镁的收得率只有0.76％～1.50％；以镍镁合金(镁含量占19.3wt％)的形式加入收益率为5.8％。

2.在钢中的镁含量难以控制，由于在加镁时钢液存在不同程度的喷溅，随着气相压力的降低，喷溅严重，镁的挥发加剧，因此很难使得钢液中的镁含量保持在一个合适的范围内，并使得钢液的温降过大。

3.安全问题，由于镁的熔点很低，在加入时，急剧燃烧，产生大量的热，在密闭的空间中，会发生爆炸的可能性，因此很难在工业上应用。

本发明方法的特点在于：本发明适当调整了精炼渣的成分，通过在真空冶炼过程中，精炼中的MgO和钢中的C反应，使得Mg进入轴承钢中，可以对钢中的碳化物产生有益的影响。

本发明与现有的技术相比，具有如下的优点：