GCr15轴承钢冶炼工艺的选择与控制

王强

摘要：目前，市场中所广泛的应用的轴承钢加工材料种类繁多，随着对轴承钢质量要求的逐步提升，GCr15逐渐成为现代最为主要的轴承钢冶炼加工材料之一，其对解决轴承钢断裂及使用耐久性较低问题均具有—定的效果。文章将以GCr15轴承钢加工工艺选择与运用为核心，对该钢种的轴承钢工优势及其问题进行明确阐述，为充分发挥出GCr15轴承钢的实际作用提供理论知识方面的帮助。

关键词：GCr15；轴承钢；冶炼；工艺；控制

近年来，机械設备运用及普及度的提升使钢材加工速度也随之加快。轴承最为多种机械设备应用的核心部件，不仅直接影响到设备运行效益，同时也对设备使用安全性产生影响，因此高质量轴承钢的生产便凸显的至关重要。GCr15轴承钢的运用，充分解决了轴承钢强度不高的问题，使轴承钢运用广泛性得到显著提升，对解决以上问题具有良好的应用效果。

1概述

轴承素称“工业的心脏”，由于轴承应具备长寿命、高精度、低发热量、高速性、高刚性、低噪声及高耐磨性等特性，这对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和类型、碳化物粒度和分布，以及脱碳等要求严格，因此轴承钢质量的好坏也成为一个国家钢铁冶炼水平的一个标志。

1.1国内外轴承钢行业发展概况

我国轴承钢制造发展已有50余年历史，在规范方面仅2010年初期阶段即已达2200余家。2015年，我国各类轴承配套设备生产数量更是达到83亿套，实现全部收入为912亿元。现阶段，我国轴承生产行业实际产量逐步增加，市场需求量也有所提升，在数量方面我国实际轴承生产早已走在世界前列。虽我国数量方面占有绝对优势，但在轴承质量、轴承降噪及轴承精度等方面仍与西方部分发达轴承制造企业存在一定的差距。

目前，在亚洲板块轴承制造领先企业以日本山裼公司为主。而西欧则以Svenska Kullargerfabriken，Ascometal等公司技术工艺最为成熟，是现代轴承生产工艺水平较高的主要企业。其中瑞典Svenska Kullargerfabriken公司轴承产量占世界全部产量的31%，是当前世界轴承产量最高及质量最好的轴承生产企业。

1.2国内外轴承钢冶炼设备和工艺特点

国外轴承钢冶炼主要采用大电炉设备进行熔炉，可充分解决残余元素问题，并提高轴承钢质量，通过二次精炼的方式将其与空气脱离，从而形成真空，以此降低钢结构中实际气体含量，该方法不仅有效解决了钢制轴承氧化问题，同时也进一步保障了轴承钢基础质量品质稳定。

（1）国外轴承钢冶炼均选用大型冶炼设备，冶炼数量固定，冶炼质量控制便捷性高，可充分降低钢铁冶炼所带来的高能源消耗，保障轴承钢生产的经济效益。大型冶炼设备轴承钢炼制不易出现结构坏损问题，使用年限更长，可为机械设备提供可靠结构支持。

（2）钢铁残余元素对轴承钢质量影响严重，为此主要通过对钢料选用的源头控制实现降低残余元素数量，避免残余元素与轴承钢生产产生直接接触。高炉铁液是现代高质量轴承钢生产的主要用料，可有效对残余元素进行控制，从根本上将残余元素进行隔绝。

（3）出钢技术控制是解决轴承钢氧化严重问题的核心关键。国外部分企业已有效实现对轴承钢制作的无渣出钢处理，通过真空处理技术来实现钢材料与渣的零接触，从而保障轴承钢生产的实际质量。

电炉初炼是我国轴承钢生产所选用的主要是设备，该设备具备钢质材料出钢直径大的基本特点，能够进一步实现对大型轴承钢的一次性生产，提高大型轴承钢的基本质量。在小型企业的轴承钢生产中，多采用小电炉及模铸生产方式。为统一国内轴承钢生产质量，保障生产标准的一致，我国轴承钢生产企业均要求采用LF精炼设备进行轴承钢精炼，同时VD真空精炼处理设备应用也相对广泛。就从基础运用的脱氮及脱氢效果而言，RH精炼处理设备优势相对明显，并且对成本的控制效果也相对较好。当下，我国与国外部分企业轴承钢生产的差距在于冶炼容量较低，难以保障冶炼质量的恒定，同时精炼工艺尚存在一定的技术问题。

2 GCr15质量要求和常见缺陷

2.1质量要求

轴承用途及种类的差异使其质量要求及常见缺陷问题也存在一定差别。目前市面所广泛应用的轴承钢以渗碳轴承钢、高温轴承钢、高碳铬轴承钢、锈轴承钢及特种轴承钢为主。GCr15轴承钢是现代轴承钢生产的主要钢种，与现代多数企业设备相对应，具备良好的可塑性，同时结构硬度较高，通过淬火及回火可使其表面强度及内部强度得到进一步提升。该钢种耐磨性较高，不易产生疲劳问题，同时具备一定的耐腐蚀性，能够在多种环境下施工，实际适应性较强，在多种设备中均能够发挥良好应用效果。在塑性方面，由于该钢种结构密度具有一定的可调控性，因此可按相关要求对GCr15进行深层铸造及处理。

（1）受其可调控性影响，该钢种应用可按照生产双方要求进行不同规格的硬度设计，通过对轴承钢用途的分析来执行合理设计规划，充分解决传统钢种应用灵活性差的相关问题。

（2）非金属夹杂物规定。细系：A类，2.5级，B类，2.0级，c类，0.5级，D类，1.0级；粗系：A类，1.5级，B类，1.0级，C类，0.5级，D类，1.0级。

（3）该钢种结构密度较高，在对直径小于60 mm直径刚才冶炼时，应及时对显微孔隙进行控制，并提高结构密集度。对直径高于60 mm直接钢材，则需按照钢材冶炼设计方案对显微孔隙进行评级，以免显微孔隙对钢材使用造成影响。

（4）轧制规格的不同直接影响轴承钢质量，在对钢材脱碳层深度处理中，要求将蒸馏度控制0.15～1.2 mm范围内。由于该类钢材通常通途不定，因此需根据委托方需求对钢结构表面按相关规格进行处理，确保钢材冶炼符合标准。

2.2 GCr15常见缺陷

（1）GCr15结构缺陷产生的首要问题即使表面裂纹问题，该问题的产生于后期轧制及前期冶炼技术处理有关。而缩孔及夹渣问题则多来源钢结构氧化及出钢控制方面，由于所采取的出钢挡渣措施有效性较低，导致出钢控制无法起到预期效果，继而产生夹渣现象。

（2）该钢种内部缺陷问题主要由夹杂物超标及氧含量超标产生。钢材冶炼及加工处理夹杂物的产生无可避免，即使选用真空加工环境也难以保障刚才中无夹杂物。对夹杂物的控制如在相对合理范围内，则无需进行技术处理，而若夹杂物严重超标，则易对钢材使用产生影响，容易造成钢材断裂问题。氧含量超过对钢材影响较为严重，不僅可产生白点及气孔，同时还易形成偏析及缩松问题，使钢材结构强度下降。

3 GCr15冶炼工艺的选择与控制

3.1工艺路线

65t Consteel EAF->65t LF->65tVD->R9mCC连铸机。65tConsteel EAF出钢采用挡渣出钢，钢包中采用精炼渣、石灰、氟石等造渣。采用LF精炼脱氧、脱硫、去夹杂及微合金化，调节酸溶铝A1的含量，再经过VD进行脱气、渣洗钢液处理。连铸采用全程保护浇注，中间包等温控制，稳定拉坯速度以及液面自动控制等。

3.2 Consteel EAF冶炼工艺要点

（1）初炼炉冶炼要求首先对冶炼材料进行脱碳及脱磷处理，通过增加热装铁液量的方式来对磷含量进行控制，并确保碳的含量能够保持在相对合理范围内。现阶段较为标准的铁液用量为钢铁料入炉冶炼铁液60%、国标铁为10%、废钢30%。

（2）为提高冶炼对磷元素的有效提出，冶炼全称将采用泡渣引弧操作。在初炼炉的无渣出钢方面，应选用偏心炉底出钢技术，并辅以挡渣技术降低渣物质产生概率。出钢温度要求控制在1630℃以上，最高温不应超过1 650℃，以提高钢材冶炼温度适应性。

（3）为避免其余杂质混入钢材，并提高基础成渣性，将在出钢阶段加入适量造渣材料，以便在提高其脱硫效率的同时保障成渣效果。如冶炼成渣速度响度较慢，可适量加入固定数量的优势活性石灰，以便对渣进行有效处理。

3.3精炼工艺要点

轴承钢精炼炉渣主要有3项任务：（1）减少夹杂物数量，特别是减少氧化物夹杂的数量；（2）改善夹杂物的性质和形态，使塑性夹杂物所占比例增加，减少或消除C_aO型的球状夹杂物；（3）降低钢中硫含量。

（1）精炼渣碱度控制不得低于2，最高应控制在2.5以下。其目的在于降低夹杂物数量，提高钢材整体强度。渣精炼前期结构应逐步提升电流埋弧操作，从而提高熔炉温度，通过高温环境进行脱氧剂脱硫反应，以此将部分杂质进行吸附，降低钢材内杂质比重。

（2）精炼要求采用Sic工艺进行处理，并加入适量硅钙钡成分，使其与氩气底流搅拌过程中能够产生生物上浮反应。如实际操作反应状态不佳，可喂入固定数量的铝线，同时提升氢气流量，以此提高精炼反应效果。该项技术能够在保障钢液不裸露的基础上提高对样铝含量的控制。

（3）精炼取样后应保持白渣状态操作，提高精炼渣实际吸附能力，继而在区域夹杂物的同时提高脱氧及脱硫效果。

3.4连铸

（1）连铸机基本参数流数：4流；铸机半径：89 000/17 500 mm；流间距：1250 mm，结晶器长度：850 mm；浇铸断面：150 mm×150 mm；最大拉速：2.8 m/min电磁搅拌方式：（4VI+F）-EMS：二次冷却方式：足辊水冷0段+气雾冷却1，2，3段。创浇铸过程中钢包加包盖保温，以减少钢液面下降时高温包衬裸露向外界的散热，实现全保护浇注。严格套管操作，大包、中间包水口套管上部全部采用耐火纤维毡隔气。中间包加盖，以减少散热，保证过程温度平稳，温差波动控制在2℃以内。

4结语

GCr15轴承钢冶炼对解决轴承钢质量及结构稳定具有重要意义，是现代轴承制作所需的主要钢种之一。对GCr15轴承钢冶炼技术的运用其基础掌握难度相对较大，要求其不仅能够按照不同轴承钢规格对钢材冶炼加以优化，同时需及时做好GCr15轴承钢质量控制，通过提高该类轴承钢实际结构强度来保障生产加工效益，从而为GCr15轴承钢在机械设备方面的有效运用奠定坚实基础。