CN104308111A - 降低轴承钢线材1/2r处宏观偏析的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法，涉及冶金领域，通过控制轴承钢连铸过程中的电磁搅拌强度、频率、二次冷却区总水量、比水量、浇注温度、拉速，并对连铸后的连铸坯保温缓冷，开坯控制加热时间和温度，开坯后在保温坑内再进行堆冷，轧制时控制粗轧温度、精轧温度、吐丝温度以及吐丝后的冷却速率和冷却温度，来获得减轻或消除1/2R处宏观偏析的轴承钢线材。利用本发明方法制得的轴承钢线材的1/2R处偏析≤1.5级，极大地提高了轴承钢产品的质量。

Description

降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法。
背景技术
轴承钢是重要的冶金产品，在宇航、军工、机械制造、铁路运输风力发电以及汽车制造等行业中应用十分广泛。高碳铬轴承钢为我国轴承行业用量最大的钢种，其中滚动轴承的滚动体和套圈主要是由轴承钢来制造，占轴承行业用钢量的85％以上，GCr15是该类钢中具有代表性的钢种之一。
轴承钢线材1/2R处偏析(1/4D处偏析，及距离线材横截面中心的距离为线材半径的一半的位置)和线材中心偏析均是轴承钢产品宏观质量的重要影响因素。目前，通过末端电磁搅拌及末端轻压下等技术，中心偏析已经得到了较好的控制。
轴承钢线材的1/2R处偏析会导致连铸坯1/4直径处(1/2半径处)的碳等元素含量偏高，该处线材的力学性能不均匀分布，致使轴承钢线材产生疲劳性能降低，受力易产生裂纹等缺陷。因此，轴承钢线材1/2R处宏观偏析程度的高低成为影响轴承钢产品宏观质量的关键因素，通常轴承钢线材1/2R处宏观偏析需控制到≤2.5级或≤2级方为合格。
专利号为201210174384.X的中国专利文献公开了一种降低Cr、Mo钢线材框形偏析的方法，是将Cr、Mo钢坯进行连铸并控制电磁搅拌强度、频率、二次冷却区总水量、比水量、过热和拉速；开坯时加热温度1220～1280℃、加热时间6～8h；轧制时粗轧温度为1080℃，精轧温度为935℃，吐丝温度为860℃，轧后以大于5℃/S的冷却速率快速冷却530℃～480℃，保温到300～350℃左右集卷；得到消除框形偏析的Cr、Mo钢线材。如果还存在轻度组织不均现象的，可以通过退火消除。由于GCr15轴承钢的含铬量高达15％，其组织和机械性能不同于35CrMo等普通Cr、Mo钢，其宏观组织缺陷也与普通Cr、Mo钢表现不同，经试验采用201210174384.X专利的方法轧制GCr15轴承钢时，并不能防止轧制出的线材的1/2R处出现组织偏析等缺陷。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：
一种降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法，其步骤如下：。
(1)将轴承钢进行连铸，连铸过程中方坯连铸机参数设置为：电磁搅拌强度400～500A，频率2～2.5Hz，二次冷却区总水量113.25～125.4L/min，比水量0.21-0.202L/kg，浇注温度1473～1488℃，拉速0.65～0.75m/min；
(2)将连铸后的连铸坯5min内入保温车，保温车罩关闭，20min内将连铸坯放入保温坑，缓冷70～80小时；
(3)将缓冷后的连铸坯进行开坯，在开坯过程中,连铸坯在加热炉的加热时间9～12h，加热温度1230～1260℃；
(4)开坯后的钢坯10min内入保温坑，进行堆冷，缓冷48小时后进行轧制；
(5)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中,粗轧温度为1050℃，精轧温度为890℃，吐丝温度为780℃，吐丝后以大于8℃/S的冷却速率快速冷却到650℃，得到减轻或消除1/2R处宏观偏析的轴承钢线材。
其中，所述的二次冷却区总水量中，宽面冷却水总量优选控制在59.8～66.45L/min；窄面冷却水总量优选控制在53.45～58.95L/min。
其中，所述的轴承钢优选为高碳铬轴承钢，更优选为GCr15。
本发明的方法是在连铸过程中，通过改变结晶器电磁搅拌频率与强度、二次冷却区总水量与比水量，并与拉速共同作用，在不影响表面质量的情况下，实现了对1/2R处偏析的有效控制，连铸坯1/2R处如图1所示。本发明的连铸步骤控制参数如下：电磁搅拌强度控制在400～500A，频率2～2.5Hz，铸坯拉速控制0.65～0.75m/min，二次冷却区总水量113.25～125.4L/min，比水量0.21-0.202L/kg，浇注温度1473～1488℃，这样可以降低轴承钢铸坯1/2R处的宏观偏析与微观偏析，具体如表1所示。
表1 连铸的调整
对于轴承钢连铸坯的缓冷，其原理是通过快速进保温坑，进行高温缓冷，促进碳、硫、磷等偏析元素的扩散，达到成分的相对均匀。
对于轴承钢的开坯处，其原理是通过改变开坯处的加热温度与加热时间，实现了对1/2R处偏析的有效控制，开坯时将加热温度提高到1230～1260℃，并延长加热时间至9～12小时，使形成枝晶偏析的元素(如：Mn等)、残余碳化物扩散均匀，达到奥氏体均匀化。
对于轴承钢开坯后的钢坯进行缓冷，其原理是开坯后，钢坯更加致密，相同温度条件下，元素更易扩散均匀化，通过快速进保温坑高温缓冷，促进偏析元素的扩散，达到成分的相对均匀。
对于线材轧制，其原理是通过控制轧制温度，在碳化物大量析出温度处进行大压下轧制，形成大量位错等，阻碍碳化物的大量富集长大。通过吐丝温度及吐丝后快速冷却，抑止碳的长距离扩散，防止上坡扩散导致偏析带的形成。
本发明具有下列优点和效果：(1)通过电磁搅拌强度与频率、二次冷却区水量、过热度、拉速的综合调节，有效的降低了1/2R处偏析；(2)通过连铸坯缓冷，降低铸坯偏析程度；(3)通过开坯加热炉的温度与时间控制，对偏析元素进行有效的均匀化，减轻了宏观1/2R处偏析；(4)通过开坯后钢坯的保温缓冷，再次降低铸坯偏析程度；(5)通过轧后快速冷却，抑止碳的长距离扩散，防止上坡扩散导致偏析带的形成。
本发明通过上述的连续步骤和综合控制各工艺参数，有效地控制了轴承钢线材的1/2R处偏析，使其1/2R处偏析控制到≤1.5级，极大地提高了轴承钢线材的质量。
附图说明
图1：连铸坯1/2R处示意图，其中，D1为宽面长度，D2为窄面长度，A为偏析区域；
图2：实施例1制备的线材低倍图；
图3：实施例2制备的线材低倍图；
图4：使用本发明工艺后线材产品的金相照片。
具体实施方式
具体实施方式仅为进一步解释或说明发明，不应被解释为对本发明的任何限制。
下面将通过不同实施例来描述本发明，本发明实施例中1/2R处偏析腐蚀使用1：1的工业盐酸水溶液，加热到75℃，腐蚀15min。以下实施例中使用的轴承钢其化学成份按质量百分比为：C：0.95～1.05％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.25～0.45％，S：≤0.025％，P≤0.025％，Cr：1.4～1.65％，余量为铁。本发明不局限于这些实施例，本领域技术人员可以在前述化学成分与制造方法范围内加以调整实施。
实施例1
采用325mm×280mm大方坯连铸-开坯-线材轧制工艺流程生产高强螺栓用Φ15mm盘条，采用的轴承钢其化学成份按质量百分比为：C：0.95～1.05％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.25～0.45％，S：≤0.025％，P≤0.025％，Cr：1.4～1.65％，余量为铁。将上述轴承钢线材按照以下步骤进行处理：
(1)将上述成分的轴承钢进行连铸生产，连铸过程中方坯连铸机参数设置为：电磁搅拌强度400A，频率2Hz，二次冷却区总水量113.25L/min，宽面冷却水总量控制在59.8L/min；窄面冷却水总量控制在53.45L/min；比水量0.21L/kg，浇注温度1473℃，拉速0.75m/min；
(2)将连铸后的连铸坯5min内入保温车，保温车罩关闭，20min内将连铸坯放入保温坑，缓冷70小时；
(3)将缓冷后的连铸坯进行开坯，在开坯过程中，连铸坯在加热炉内的加热时间12h，加热温度1230℃；
(4)开坯后的钢坯10min内入保温坑，进行堆冷，缓冷48小时后进行轧制；
(5)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中,粗轧温度为1050℃，精轧温度为890℃，吐丝温度为780℃，吐丝后以大于8℃/S的冷却速率快速冷却到650℃左右。
经过上述处理，本发明有效地控制了所述轴承钢线材的1/2R处偏析，其1/2R处偏析≤1.5级，产品质量如图2。
实施例2
采用325mm×280mm大方坯连铸-开坯-线材轧制工艺流程生产高强螺栓用Φ10mm盘条，采用的轴承钢其化学成份按质量百分比为：C：0.95～1.05％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.25～0.45％，S：≤0.025％，P≤0.025％，Cr：1.4～1.65％，余量为铁。将上述轴承钢线材按照以下步骤进行处理：
(1)将上述成分的轴承钢进行连铸生产，连铸过程中方坯连铸机参数设置为：电磁搅拌强度500A，频率2.5Hz，二次冷却区总水量125.4L/min，宽面冷却水总量控制在66.45L/min；窄面冷却水总量控制在58.95L/min；比水量0.202L/kg，浇注温度1488℃，拉速0.65m/min；
(2)将连铸后的连铸坯5min内入保温车，保温车罩关闭，20min内入保温坑，缓冷80小时；
(3)将缓冷后的连铸坯进行开坯，在开坯过程中加热炉加热时间9h，最高加热温度1260℃；
(4)开坯后的钢坯10min内入保温坑，进行堆冷，缓冷48小时后进行轧制；
(5)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中,粗轧温度为1050℃，精轧温度为890℃，吐丝温度为780℃，吐丝后以大于8℃/S的冷却速率快速冷却到650℃左右。
经过上述处理，本发明有效地控制了轴承钢线材的1/2R处偏析，其1/2R处偏析≤1.5级，产品质量如图3。
实施例3
采用与实施例2同样的轴承钢线材，并按如下步骤进行处理：
(1)将轴承钢进行连铸，连铸过程中方坯连铸机参数设置为：电磁搅拌强度450A，频率2.2Hz，二次冷却区总水量120L/min，宽面冷却水总量控制在60.8L/min；窄面冷却水总量控制在60L/min；比水量0.205L/kg，浇注温度1480℃，拉速0.70m/min；
(2)将连铸后的连铸坯5min内入保温车，保温车罩关闭，20min内入保温坑，缓冷75小时；
(3)将缓冷后的连铸坯进行开坯，在开坯过程中加热炉加热时间10h，最高加热温度1250℃；
(4)开坯后的钢坯10min内入保温坑，进行堆冷，缓冷48小时后进行轧制；
(5)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中,粗轧温度为1050℃，精轧温度为890℃，吐丝温度为780℃，吐丝后以大于8℃/S的冷却速率快速冷却到650℃左右，得到减轻或消除1/2R处宏观偏析的轴承钢线材。调整工艺后，最终线材产品的金相照片如图4所示。

Claims (4)

1.一种降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将轴承钢进行连铸，连铸过程中方坯连铸机参数设置为：电磁搅拌强度400～500A，频率2～2.5Hz，二次冷却区总水量113.25～125.4L/min，比水量0.21-0.202L/kg，浇注温度1473～1488℃，拉速0.65～0.75m/min；
(2)将连铸后的连铸坯5min内入保温车，关闭保温车罩，20min内将连铸坯放入保温坑，缓冷70～80小时；
(3)将缓冷后的连铸坯进行开坯，开坯过程中,连铸坯在加热炉的加热时间为9～12h，加热温度1230～1260℃；
(4)开坯后的钢坯10min内入保温坑，进行堆冷，缓冷48小时后进行轧制；
(5)将开坯后的钢坯进行轧制，在轧制过程中,粗轧温度为1050℃，精轧温度为890℃，吐丝温度为780℃，吐丝后以大于8℃/S的冷却速率快速冷却到650℃，得到减轻或消除1/2R处宏观偏析的轴承钢线材。
2.根据权利要求1所述的降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法，其特征在于：所述的二次冷却区总水量中的宽面冷却水总量控制在59.8～66.45L/min；窄面冷却水总量控制在53.45～58.95L/min。
3.根据权利要求1或2所述的降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法，其特征在于：所述的轴承钢为高碳铬轴承钢。
4.根据权利要求3所述的降低轴承钢线材1/2R处宏观偏析的方法，其特征在于：所述的轴承钢为GCr15。
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