轴承钢中TiN夹杂物的控制研究

第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 轴承钢中TiN夹杂物的控制研究 田新中1,2)刘润藻) 周春芳)薛正学2) 钟保军2) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)邢台钢铁有限责任公司技术中心，邢台054027 摘要研究了轴承钢中TN夹杂物的形成热力学，以及钢中Ti和N的控制理论，并在某钢厂进行了GCr15轴承钢的生产 实验.结果表明，在凝固过程中钢中或N的含量越高，TN夹杂物开始析出温度就越高，析出物的尺寸就越大；使用低T 合金原料能够有效降低钢中的含量；采用低铁水，初炼渣中的TO2降到1.0%以下，能有效控制钢水中的含量；采用 低钛合成渣过程回钛量显著减少，钢中T含量由原来的3710·6下降至30X10·6;优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以 降低钢中N含量为33X10·6:降低凝固偏析，能降低TN夹杂析出. 关键词轴承钢；钛化氮，夹杂物；控制 Control of titanium nitride in bearing steel TIAN Xirzhong2.LIU Rurr=ao,Zhou Churrfang,XUE Zhengxue,ZHONG Bacjun 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University and Science Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)Xingtai Iron and Steel Corp.Ltd.,Xingtai 054027,China ABSTRACT The formation thermodynamics of the existed TiN inclusion and the control theory of titanium and nitrogen in bearing steel were studied.Then based on the theoretic calculation results,the industrial trials of GCr15 bearing steel were carried out in a steel plant.The results showed that the higher the titanium or nitrogen content in steel is,the higher the precipitation temperature of TiN,and the bigger the size of precipitates;the use of low-Ti alloy materials can effectively reduce the Ti content;using low-Ti molten iron and reducing the TiOz content to less than 1.0%in furnace slag can control the Ti content effectively.The use of low-ti- tanium synthetic slag can make Ti content of the steel drop from the original 37 X10to 30 X106.Optimized and improved refin- ing processes protective casting process can reduce the N content of 33 X106.With the degree of solidification segregation decreases, the precipitation of TiN inclusion is reduced. KEY WORDS bearing steel;titanium nitride;inclusion;control 轴承钢钢中的TN是一种脆而硬的夹杂物，对 △G°=-291000+107.91 T J mol1(1) 轴承钢的疲劳寿命造成极大危害1-2】.在夹杂物尺 反应(1)的平衡常数K由下式确定： 寸相同的条件下，其危害作用大于氧化物夹杂] d TN( 控制钢中TN夹杂物是高品质轴承钢的基本要求 K-fnl%Til/sIN] (2) 之一.前人通过对TN的形成原因进行探讨，提出 对该类夹杂物控制措施.本工作在此方面开展分析 其中，aN.为渣中TiN的活度，a为钢中钛 和讨论，为生产实践提供理论依据和指导 的活度，aN为钢中氮的活度，为钢液中氮的活 度系数，[%N]为钢液中氮的质量百分浓度，f1为 1TiN形成的热力学分析 钢液中氮的活度系数，【%T]为钢液中氮的质量百 TN夹杂物生成条件45]可通过如下热力学分 分浓度. 析得到： eK2r-15205.4 (3) Ti]+[N]=TiN(, 将式(2)两边取对数并结合(3)式可得： 收稿日期：200908-01 作者简介：田新中(1968→，男，博士研究生，E-mail:tianxinzhong@ohu.com

轴承钢中 TiN夹杂物的控制研究 田新中1 ,2) 刘润藻1) 周春芳1) 薛正学2) 钟保军2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院 , 北京 100083 2) 邢台钢铁有限责任公司技术中心 , 邢台 054027 摘 要 研究了轴承钢中 TiN 夹杂物的形成热力学 ,以及钢中 Ti 和 N 的控制理论 ,并在某钢厂进行了 GCr15 轴承钢的生产 实验. 结果表明 ,在凝固过程中钢中 Ti 或 N 的含量越高 , TiN 夹杂物开始析出温度就越高 ,析出物的尺寸就越大 ;使用低 Ti 合金原料能够有效降低钢中的 Ti 含量 ;采用低 Ti 铁水 ,初炼渣中的 TiO2 降到 110 %以下 ,能有效控制钢水中的 Ti 含量 ;采用 低钛合成渣过程回钛量显著减少 ,钢中 Ti 含量由原来的 37 ×10 - 6下降至 30 ×10 - 6 ;优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以 降低钢中 N 含量为 33 ×10 - 6 ;降低凝固偏析 ,能降低 TiN 夹杂析出. 关键词 轴承钢 ; 钛化氮 ; 夹杂物 ; 控制 Control of titanium nitride in bearing steel TIA N Xin2z hong 1 ,2) , L IU Run2z ao 1) , Zhou Chun2f ang 1) , XU E Zheng2x ue 2) , ZHON G Bao2jun 2) 1) Metallurgical and Ecological Engineering School , University and Science Technology Beijing , Beijing 100083 , China 2) Xingtai Iron and Steel Corp. Ltd. , Xingtai 054027 , China ABSTRACT The formation thermodynamics of the existed TiN inclusion and the control theory of titanium and nitrogen in bearing steel were studied. Then based on the theoretic calculation results , the industrial trials of GCr15 bearing steel were carried out in a steel plant. The results showed that the higher the titanium or nitrogen content in steel is , the higher the precipitation temperature of TiN , and the bigger the size of precipitates; the use of low2Ti alloy materials can effectively reduce the Ti content ; using low2Ti molten iron and reducing the TiO2 content to less than 110 % in furnace slag can control the Ti content effectively. The use of low2ti2 tanium synthetic slag can make Ti content of the steel drop from the original 37 ×10 - 6 to 30 ×10 - 6 . Optimized and improved refin2 ing processes protective casting process can reduce the N content of 33 ×10 - 6 . With the degree of solidification segregation decreases , the precipitation of TiN inclusion is reduced. KEY WORDS bearing steel ; titanium nitride ; inclusion ; control 收稿日期: 2009208201 作者简介 : 田新中(1968 —) ,男 ,博士研究生 ,E2mail : tianxinzhong @sohu. com 轴承钢钢中的 TiN 是一种脆而硬的夹杂物 ,对 轴承钢的疲劳寿命造成极大危害[1- 2 ] . 在夹杂物尺 寸相同的条件下 ,其危害作用大于氧化物夹杂[3 ] . 控制钢中 TiN 夹杂物是高品质轴承钢的基本要求 之一. 前人通过对 TiN 的形成原因进行探讨 ,提出 对该类夹杂物控制措施. 本工作在此方面开展分析 和讨论 ,为生产实践提供理论依据和指导. 1 TiN形成的热力学分析 TiN 夹杂物生成条件[4- 5 ]可通过如下热力学分 析得到 : [ Ti] + [ N ] = TiN (s) , ΔG θ = - 291 000 + 107191 T ,J·mol - 1 (1) 反应(1) 的平衡常数 K 由下式确定 : K = αTiN (s) α[ Ti]α[N ] = 1 f Ti [ %Ti] f N [ N ] (2) 其中 ,αTiN (s) 为渣中 TiN 的活度 ,α[ Ti]为钢中钛 的活度 ,α[N ]为钢中氮的活度 , f [N ]为钢液中氮的活 度系数 ,[ %N ]为钢液中氮的质量百分浓度 , f [ Ti]为 钢液中氮的活度系数 ,[ %Ti ]为钢液中氮的质量百 分浓度. lg K = - ΔG θ 213 R T = 15 220 T - 5164 (3) 将式(2) 两边取对数并结合(3) 式可得 : 第 31 卷 增刊 1 2009 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol. 31 Suppl. 1 Dec. 2009

Vol.31 Suppl.I 田新中等：轴承钢中TN夹杂物的控制研究 ·151· .15220+5.64=1gfm+1gfN+lg[N]+lg[%T] T 2轴承钢中T的控制理论 (4) 轴承钢中T的来源主要有：(1)合金料和钢铁 钢液中其他元素相对Fe来说，含量很少，为简 料带入；(2)从渣料或耐火材料中被还原到钢液中 化讨论，忽略钢中其他元素对T和N的活度相互 因此控制钢中含量需要降低原料中的T含量和 作用系数的影响，则上式可简化为： 渣料中的TiO2 .15220+5.64=1g[%Ti]+1g[%N](5) 2.1合金中Ti对钢水中Ti的影响分析 T 由上式可以计算出在炼钢和浇注过程中析出氮 合金料带入的T量由下式表示： 化钛夹杂物所需要的最低氮和钛含量 [%Ti]= aX∑M合金Xwm×100 (7) 若钢中Ti含量为0.005%，则1600℃时需要的 M钢水 最低N含量为0.448%，1500℃时需要0.226%，在 其中，[%T]为合金料带入钢水中的T的百分 轴承钢液相线温度1460℃时需要0.143%，远高于 含量，a为合金料中T在钢水中的渗透系数，M合金 实际生产时钢中的氮含量.因此液相线温度(1450℃ 为某合金料加入量，w为该合金料中T的质量分 以上，在治炼过程中轴承钢中不可能生成TN 数，M锅水初炼炉中钢水的量 在熔炼或凝固过程中，随着温度的降低，氮和钛 可以看出，合金料带入钢水中的T含量由三方 在钢中的溶解度也逐渐降低，当其浓度积达到一定 面因素决定：第一，合金料中T在钢水中的渗透系 值时即析出TN,这时析出物在钢中的溶解度随温 数；第二，合金料的加入量；第二，该合金料中T的 度变化的函数表达式如下： 质量分数.生产中，为降低合金料带入的T含量应 1gK=1g【%Ti[aN]）=.13850+4.01(6) 选择低钛铬铁，并控制合金料的加入量 T 2.2渣中T02还原对钢中T的影响分析 由上式可得到TN夹杂物析出的稳定性图，见 钢中T与氧的反应6]为： 图1. TiO2=[Ti]+2[0], 0.010 △G°=681600-228.33TJmo11 (8) 0.008 反应(7)的平衡常数K由下式确定： 0.006 1723K K=fl%Ti]f6[%012 a02 (9) 0.004 1673K 1623K 由式(7)、(8)可得： 0.002 1600K> 1573K AG'=-RTnK=.RTinfi 00 d02 0.0050.0100.0150.0200.0250.030 [N1/% (10) 治炼轴承钢要求钢水中溶解氧含量很低，一般 图1凝固温度范围液相中钛、氮平衡关系 在5×106左右.根据公式9，在氧含量一定的情况 热力学分析可见，钢中T或N的含量越高， 下，钢种T含量与渣中的TiO2成正比，因此要保证 TN夹杂物开始析出温度就越高，如图1所示.根 钢水中T含量较少，必须控制渣中TO2的含量 据动力学规律，析出温度越高，析出物的尺寸就越 渣中TO2的来源有：初炼炉下渣、精炼合成渣、石灰 大，对轴承钢的疲劳寿命危害就越大.为了降低 萤石等，其中初炼炉下渣为精炼渣中TO2的主要来 TN夹杂物对轴承钢质量的影响，我们在生产中应 源.减少初炼炉下渣量和降低初炼炉渣中TO2含 当尽力降低钢水中T和N元素的含量 量能有效控制钢水中的T含量 轴承钢连铸过程中，钢水成分偏析造成凝固前 沿的C、Ti、N等元素含量高于其在钢水中的平均 3轴承钢中N的控制理论 值，TN析出温度升高，同时固相线下降，造成TN 治炼过程N2与钢水N的溶解平衡反应式6] 夹杂物尺寸增大，对轴承钢质量产生很大影响.在 为： 生产中采用轻压下、电磁搅拌等技术有利于消除凝 固偏析的手段，可有效控制TN夹杂物尺寸. 2N2(-IN] (11)

- 15 220 T + 5164 = lg f Ti + lg f N + lg[ %N] + lg[ %Ti] (4) 钢液中其他元素相对 Fe 来说 ,含量很少 ,为简 化讨论 ,忽略钢中其他元素对 Ti 和 N 的活度相互 作用系数的影响 ,则上式可简化为 : - 15 220 T + 5164 = lg[ %Ti] + lg[ %N ] (5) 由上式可以计算出在炼钢和浇注过程中析出氮 化钛夹杂物所需要的最低氮和钛含量. 若钢中 Ti 含量为 01005 % ,则 1 600 ℃时需要的 最低 N 含量为 01448 % ,1 500 ℃时需要 01226 % ,在 轴承钢液相线温度 1 460 ℃时需要 01143 % ,远高于 实际生产时钢中的氮含量. 因此液相线温度(1 450 ℃) 以上 ,在冶炼过程中轴承钢中不可能生成 TiN. 在熔炼或凝固过程中 ,随着温度的降低 ,氮和钛 在钢中的溶解度也逐渐降低 ,当其浓度积达到一定 值时即析出 TiN ,这时析出物在钢中的溶解度随温 度变化的函数表达式如下 : lg KTiN = lg ([ %Ti][ %N ]) = - 13 850 T + 4101 (6) 由上式可得到 TiN 夹杂物析出的稳定性图 ,见 图 1. 图 1 凝固温度范围液相中钛、氮平衡关系 热力学分析可见 ,钢中 Ti 或 N 的含量越高 , TiN 夹杂物开始析出温度就越高 ,如图 1 所示. 根 据动力学规律 ,析出温度越高 ,析出物的尺寸就越 大 ,对轴承钢的疲劳寿命危害就越大. 为了降低 TiN 夹杂物对轴承钢质量的影响 ,我们在生产中应 当尽力降低钢水中 Ti 和 N 元素的含量. 轴承钢连铸过程中 ,钢水成分偏析造成凝固前 沿的 C、Ti、N 等元素含量高于其在钢水中的平均 值 ,TiN 析出温度升高 ,同时固相线下降 ,造成 TiN 夹杂物尺寸增大 ,对轴承钢质量产生很大影响. 在 生产中采用轻压下、电磁搅拌等技术有利于消除凝 固偏析的手段 ,可有效控制 TiN 夹杂物尺寸. 2 轴承钢中 Ti 的控制理论 轴承钢中 Ti 的来源主要有 : (1) 合金料和钢铁 料带入 ; (2) 从渣料或耐火材料中被还原到钢液中. 因此控制钢中 Ti 含量需要降低原料中的 Ti 含量和 渣料中的 TiO2 . 211 合金中 Ti 对钢水中 Ti 的影响分析 合金料带入的 Ti 量由下式表示 : [ %Ti] = α× ∑M合金 ×w Ti M钢水 ×100 (7) 其中 ,[ %Ti]为合金料带入钢水中的 Ti 的百分 含量 ,α为合金料中 Ti 在钢水中的渗透系数 , M合金 为某合金料加入量 , w Ti为该合金料中 Ti 的质量分 数 , M钢水初炼炉中钢水的量. 可以看出 ,合金料带入钢水中的 Ti 含量由三方 面因素决定 :第一 ,合金料中 Ti 在钢水中的渗透系 数 ;第二 ,合金料的加入量 ;第二 ,该合金料中 Ti 的 质量分数. 生产中 ,为降低合金料带入的 Ti 含量应 选择低钛铬铁 ,并控制合金料的加入量. 212 渣中 TiO2 还原对钢中 Ti 的影响分析 钢中 Ti 与氧的反应[6 ]为 : TiO2 = [ Ti] + 2[O ] , ΔG θ = 681 600 - 228133 T ,J·mol - 1 (8) 反应(7) 的平衡常数 K 由下式确定 : K = f Ti [ %Ti] f 2 O [ %O ] 2 αTiO2 (9) 由式(7) 、(8) 可得 : ΔG θ = - R Tln K = - R Tln f Ti [ %Ti] f 2 O [ %O ] 2 αTiO2 (10) 冶炼轴承钢要求钢水中溶解氧含量很低 ,一般 在 5 ×10 - 6左右. 根据公式 9 ,在氧含量一定的情况 下 ,钢种 Ti 含量与渣中的 TiO2 成正比 ,因此要保证 钢水中 Ti 含量较少 ,必须控制渣中 TiO2 的含量. 渣中 TiO2 的来源有 :初炼炉下渣、精炼合成渣、石灰 萤石等 ,其中初炼炉下渣为精炼渣中 TiO2 的主要来 源. 减少初炼炉下渣量和降低初炼炉渣中 TiO2 含 量能有效控制钢水中的 Ti 含量. 3 轴承钢中 N的控制理论 冶炼过程 N2 与钢水 N 的溶解平衡反应式[6 ] 为 : 1 2 N2 (g) = [ N ] (11) Vol. 31 Suppl. 1 田新中等 : 轴承钢中 TiN夹杂物的控制研究 ·151 ·

·152 北京科技大学学报 2009年增刊1 平衡常数为： T含量明显高于使用低钛高碳铬铁炉次的成品，T 含量约提高68%. KN (12) PN 表2合金中Ti含量 Ig AN = 564.1.095 合金原料 合金T含量/% T (13) 普通铬铁 0.236 其中，aN为钢液中氮的活度，fN为钢液中氨 低钛高碳铬铁 0.026 的活度系数，[N]为钢液中氮的质量百分浓度，下标 q表示平衡值，P,为气相中氮的分压 表3选用不同含钛合金料对LF终点钛含量的影响 lgfN=∑[U] (14) 进站时合金钛 成品时合金钛 合金原料 含量/10~6 含量/10~6 式中为钢液中j元素对氮元素的相互作用系数， 普通铬铁 61 64 见表1川.【]为j元素的质量百分浓度(%) 低钛高碳铬铁 26 38 表1钢液中不同元素对氮元素的相互作用系数(1873K) 增幅 135% 68% 元素 Si Mn 4.3渣中TO2对钢水中T影响的工业实验 eN 0.1030.047-0.0360.0450.007 初炼炉使用普通铁水，未控制下渣，使用普通合 热力学分析表明，为了降低钢种N含量，必须 成渣，原工艺治炼，取最终钢水样品做T含量分析， 降低气相中N2的分压，提高RH真空度和真空处理 共计6炉(1~6炉) 时间，能有效降低钢水中的N含量.LF精炼、连铸 优化工艺，共生产9炉(7~15炉) 过程中N2溶解增N不可避免.必须减少钢水与氮 (1)采用低T铁水后，经分析，初炼渣中的 气的接触，主要措施有强化LF埋弧精炼，大包保护 TiO2降到1.0%以下 浇铸等 (2)采用低钛合成渣过程回钛量显著减少.选 用低钛合成渣前钢中Ti含量平均达到37X106, 4轴承钢控制TiN夹杂物工业实验 调整合金和渣料后，钢中T平均达到30×106 4.1Ti含量影响TiN夹杂的工业验证 以下 图2为统计53炉数据的趋势，可以看出随着 (3)使用GCr15周转包，减少钢包残渣的TiO2 T含量的升高，钢中Ti(CN)类夹杂物含量和级别 含量，钢水中T含量对比情况如图3，可以看出，前 增加.钢中T含量在25X106以上时，夹杂物级别 6炉的钢水中T含量明显偏高 明显升高，并随T的升高呈增加趋势 70 60 1.0 0.8 ◆◆◆ 20 等0.4 106 68101214 16 炉次 d0.2 图3各炉次T含量对比图 20 30 40 Ti含量/10 4.4过程N控制的工业实验 现场原生产工艺下，最终钢水中N含量经测量 图2Ti含量与D-细级i(CN)夹杂物级别的关系对比图 为36×106左右. 4.2合金中T含量影响钢水中含量的工业实验 根据理论分析，为了控制最终钢水中N含量， 选用两种含量不同的铬铁作为合金原料，具 采取了优化措施： 体成分见表2. (1)LF炉造泡沫渣，埋弧治炼，控制底吹氩 分别对13炉钢水的LF进站前、LF离站后成 (2)RH真空处理，提高真空度，延长真空处理 品样中T含量进行取样分析.对比数据见表3 时间 从表3中可以看出，使用普通铬铁炉次的成品 (3)大包保护浇铸，采用优化工艺，对轴承钢治

平衡常数为 : KN = α[N ] P 1/ 2 N2 = f [N ] [ N ]eq PN2 (12) lg KN = - 564 T - 11095 (13) 其中 ,α[N ]为钢液中氮的活度 , f [N ]为钢液中氮 的活度系数 ,[ N ]为钢液中氮的质量百分浓度 ,下标 eq 表示平衡值 , PN2为气相中氮的分压. lg f N = ∑ j e j N [ j ] (14) 式中 e j N 为钢液中 j 元素对氮元素的相互作用系数 , 见表 1 [7 ] . [ j ]为 j 元素的质量百分浓度( %) . 表 1 钢液中不同元素对氮元素的相互作用系数(1 873 K) 元素 C Si Mn P S e j N 01103 01047 - 01036 01045 01007 热力学分析表明 ,为了降低钢种 N 含量 ,必须 降低气相中 N2 的分压 ,提高 RH 真空度和真空处理 时间 ,能有效降低钢水中的 N 含量. L F 精炼、连铸 过程中 N2 溶解增 N 不可避免. 必须减少钢水与氮 气的接触 ,主要措施有强化 L F 埋弧精炼 ,大包保护 浇铸等. 4 轴承钢控制 TiN夹杂物工业实验 411 Ti 含量影响 TiN夹杂的工业验证 图 2 为统计 53 炉数据的趋势 ,可以看出随着 Ti 含量的升高 ,钢中 Ti (CN) 类夹杂物含量和级别 增加. 钢中 Ti 含量在 25 ×10 - 6以上时 ,夹杂物级别 明显升高 ,并随 Ti 的升高呈增加趋势. 图 2 Ti 含量与 D- 细级 Ti(CN) 夹杂物级别的关系对比图 412 合金中 Ti 含量影响钢水中 Ti 含量的工业实验 选用两种含 Ti 量不同的铬铁作为合金原料 ,具 体成分见表 2. 分别对 13 炉钢水的 L F 进站前、L F 离站后成 品样中 Ti 含量进行取样分析. 对比数据见表 3. 从表 3 中可以看出 ,使用普通铬铁炉次的成品 Ti 含量明显高于使用低钛高碳铬铁炉次的成品 , Ti 含量约提高 68 %. 表 2 合金中 Ti 含量 合金原料 合金 Ti 含量/ % 普通铬铁 01236 低钛高碳铬铁 01026 表 3 选用不同含钛合金料对 LF 终点钛含量的影响 合金原料 进站时合金钛 含量/ 10 - 6 成品时合金钛 含量/ 10 - 6 普通铬铁 61 64 低钛高碳铬铁 26 38 增幅 135 % 68 % 413 渣中 TiO2 对钢水中 Ti 影响的工业实验 初炼炉使用普通铁水 ,未控制下渣 ,使用普通合 成渣 ,原工艺冶炼 ,取最终钢水样品做 Ti 含量分析 , 共计 6 炉(1～6 炉) . 优化工艺 ,共生产 9 炉(7～15 炉) (1) 采用低 Ti 铁水后 ,经分析 ,初炼渣中的 TiO2 降到 110 %以下. (2) 采用低钛合成渣过程回钛量显著减少. 选 用低钛合成渣前钢中 Ti 含量平均达到 37 ×10 - 6 , 调整合金和渣料后 ,钢中 Ti 平均达到 30 ×10 - 6 以下. (3) 使用 GCr15 周转包 ,减少钢包残渣的 TiO2 含量 ,钢水中 Ti 含量对比情况如图 3 ,可以看出 ,前 6 炉的钢水中 Ti 含量明显偏高. 图 3 各炉次 Ti 含量对比图 414 过程 N控制的工业实验 现场原生产工艺下 ,最终钢水中 N 含量经测量 为 36 ×10 - 6左右. 根据理论分析 ,为了控制最终钢水中 N 含量 , 采取了优化措施 : (1) L F 炉造泡沫渣 ,埋弧冶炼 ,控制底吹氩. (2) RH 真空处理 ,提高真空度 ,延长真空处理 时间. (3) 大包保护浇铸 ,采用优化工艺 ,对轴承钢冶 ·152 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2009 年 增刊 1

Vol.31 Suppl.I 田新中等：轴承钢中TN夹杂物的控制研究 ·153· 炼全程跟踪取样，氮含量如表4，可以看出： (3)RH有一定的脱氮效果，平均降低10× (1)转炉终点氮含量最低，平均20×106；从转 106,RH真空后达23X106,氮含量降低32.1%. 炉出钢后基本都是一个增氮的过程；转炉后至LF 软吹过程不增氮； 运送过程中增氮25%； (4)吊包后及中包浇注过程，增氮厉害，平均增 (2)LF过程增氮较厉害，平均增加9X10~6LF 加10×10~6，最大可达33X106 后氮为34X10~6:LF精炼过程增氮36%； 表4治炼过程氮含量变化 106 炉次 转炉 进LF 出LF 进RH 真空结束 软吹结束 中间包 内弧1/4 1 22 26 38 38 22 24 32 30 2 32 品 23 36 27 3 20 21 35 34 22 23 38 22 4 23 22 44 44 18 30 g 22 22 25 38 6 19 26 27 35 平均氮 25 34 33 23 23 34 33 4.5铸坯偏析的控制 (4)优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以降 采用连铸轻压下工艺，铸坯偏析指数己经由实 低钢中N含量 验前的1.20降至1.08，最高点的C含量降低了约 (5)降低凝固偏析，降低TN夹杂析出 0.12%,液相线升高了约10℃. 4.6工业实验TN夹杂物分析 参考文献 通过控制钢水中的T和N含量，降低连铸过 [1]Yu M Q,Wang ZZ,Xu M H,et al.Refining process of super- 程偏析度，钢中TN夹杂物显著降低如表5. clean bearing steel.Iron Steel,2006,41(9)26 (虞明全，王治政，徐明华，等.超纯轴承钢的精炼工艺.钢 表5TN夹杂物级别对比表 铁，2006,41(9)：26) TiN夹杂物级别 状态 N/10-6 [2]Toshikazu U.Production of highrcarbon chromium steel in verti- DSB.细B-粗D-细D-粗 cal type continuous caster.Trans Iron Steel Inst Jpn,1986,26 优化前0.01 0.06 0.01 0.57 0.13 36.00 (7):614 优化后0.000.030.000.430.08 33.00 [3]Cogne J Y,Heritier B,Monnot J.Cleanness and fatigue life of bearing steels //Clean Steel 3 t Proceedings of Conference.Bala tonfured,Hungary,1986:26 5结论 [4]Yang X N,Cheng GG,Wang M L,et al.Precipitation and growth of titanium nitride during solidification of clean steel.J (1)钢水中Ti、N的含量越高，TN夹杂物开始 Univ Sci Technol Beijing,2003,10(5):24 析出温度就越高，尺寸越大 [5]Pak J J,Jeong Y S,Hong I K,et al.Thermodynamics of TiN (2)使用低T合金原料能够有效降低钢中的 formation in Fe-Cr melts.ISI Int.,2005,45(8):1106 Ti含量. [6]Chen J X.Iron and Steel Metallurgy.Beijing:Metallurgical In dustry Press,1990 (3)采用低Ti铁水，初炼渣中的TO2降到 (陈家祥.钢铁治金学.北京：治金工业出版社，1990) 1.0%以下；能有效控制钢水中的Ti含量；采用低钛 [7]Dong Y.Vaccum Refining and clean steel production.Vacuum, 合成渣过程回钛量显著减少，钢中含量由原来的 1997(5):45 37X10~6下降至30X10-6 (董镛.真空精炼与纯净钢生产.真空，1997(5)：45)

炼全程跟踪取样 ,氮含量如表 4 ,可以看出 : (1) 转炉终点氮含量最低 ,平均 20 ×10 - 6 ;从转 炉出钢后基本都是一个增氮的过程 ;转炉后至 L F 运送过程中增氮 25 % ; (2) L F 过程增氮较厉害 ,平均增加 9 ×10 - 6 ,L F 后氮为 34 ×10 - 6 ;L F 精炼过程增氮 36 % ; (3) RH 有一定的脱氮效果 ,平均降低 10 × 10 - 6 ,RH 真空后达 23 ×10 - 6 ,氮含量降低 3211 %. 软吹过程不增氮 ; (4) 吊包后及中包浇注过程 ,增氮厉害 ,平均增 加 10 ×10 - 6 ,最大可达 33 ×10 - 6 . 表 4 冶炼过程氮含量变化 10 - 6 炉次 转炉 进 LF 出 LF 进 RH 真空结束 软吹结束 中间包 内弧 1/ 4 1 22 26 38 38 22 24 32 30 2 / 34 32 32 23 23 36 27 3 20 21 35 34 22 23 38 22 4 / 17 33 / 23 22 44 44 5 18 / 30 29 22 22 25 38 6 19 / / / 26 / 27 35 平均氮 20 25 34 33 23 23 34 33 415 铸坯偏析的控制 采用连铸轻压下工艺 ,铸坯偏析指数已经由实 验前的 1120 降至 1108 ,最高点的 C 含量降低了约 0112 % ,液相线升高了约 10 ℃. 416 工业实验 TiN夹杂物分析 通过控制钢水中的 Ti 和 N 含量 ,降低连铸过 程偏析度 ,钢中 TiN 夹杂物显著降低如表 5. 表 5 TiN 夹杂物级别对比表 状态 TiN 夹杂物级别 DS B- 细 B- 粗 D- 细 D- 粗 N/ 10 - 6 优化前 0101 0106 0101 0157 0113 36100 优化后 0100 0103 0100 0143 0108 33100 5 结论 (1) 钢水中 Ti、N 的含量越高 , TiN 夹杂物开始 析出温度就越高 ,尺寸越大. (2) 使用低 Ti 合金原料能够有效降低钢中的 Ti 含量. (3) 采用低 Ti 铁水 , 初炼渣中的 TiO2 降到 110 %以下 ;能有效控制钢水中的 Ti 含量 ;采用低钛 合成渣过程回钛量显著减少 ,钢中 Ti 含量由原来的 37 ×10 - 6下降至 30 ×10 - 6 . (4) 优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以降 低钢中 N 含量. (5) 降低凝固偏析 ,降低 TiN 夹杂析出. 参 考 文 献 [ 1 ] Yu M Q , Wang Z Z , Xu M H , et al. Refining process of super2 clean bearing steel. Iron & S teel , 2006 , 41 (9) : 26 (虞明全 , 王治政 , 徐明华 , 等. 超纯轴承钢的精炼工艺. 钢 铁 ,2006 ,41 (9) : 26) [ 2 ] Toshikazu U. Production of high2carbon chromium steel in verti2 cal type continuous caster. Trans Iron S teel Inst J pn , 1986 , 26 (7) : 614 [ 3 ] Cogne J Y , Heritier B , Monnot J. Cleanness and fatigue life of bearing steels ∥Clean S teel 3 th2Proceedings of Conf erence. Bala2 tonfured , Hungary , 1986 : 26 [ 4 ] Yang X N , Cheng G G, Wang M L , et al. Precipitation and growth of titanium nitride during solidification of clean steel. J Univ Sci Technol Beijing , 2003 , 10 (5) : 24 [ 5 ] Pak J J , Jeong Y S , Hong I K , et al. Thermodynamics of TiN formation in Fe2Cr melts. IS IJ Int . , 2005 , 45 (8) : 1106 [ 6 ] Chen J X. Iron and S teel Metallurgy . Beijing : Metallurgical In2 dustry Press , 1990 (陈家祥. 钢铁冶金学. 北京 :冶金工业出版社 ,1990) [ 7 ] Dong Y. Vaccum Refining and clean steel production. V acuum , 1997 (5) :45 (董镛. 真空精炼与纯净钢生产. 真空 , 1997 (5) : 45) Vol. 31 Suppl. 1 田新中等 : 轴承钢中 TiN夹杂物的控制研究 ·153 ·