CN105925909A - 一种轴承钢盘条及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴承钢盘条及其生产方法，其化学成分的质量百分比为：C 0.95～1.05%，Si 0.15～0.35%，Mn 0.25～0.45%，Cr 1.40～1.65%，P≤0.025%，S≤0.025%，Mo 0.02～0.10%，Ni 0.10～0.30%，Cu 0.10～0.25%，O≤0.0012%，余量为Fe和微量杂质；生产方法包括下述工序：RH炉精炼、连铸、缓冷、加热、除磷后轧制、吐丝和风冷。本发明通过冶炼过程控制防止快冷过程中出现白点断裂和异常组织断裂；通过控轧控冷控制盘条轧后的晶粒尺寸、网状碳化物及珠光体片层间距，获得良好的球化退火预备组织，能显著缩短球化退火时间。

Description

一种轴承钢盘条及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种轴承钢盘条及其生产方法，属于钢铁材料生产技术领域。
背景技术
轴承工业是重要的基础工业之一，是一个国家工业技术水平的重要标志。轴承钢要求材料有高的接触疲劳强度、硬度和纯净度，并且有良好的耐磨性、组织稳定性和冲击韧性。轴承钢一般以热轧态交货，在下游轴承制造前需要进行球化退火处理。通过球化退火，能够获得铁素体基体上均匀分布着细小球状碳化物颗粒的组织。球化退火降低了轴承钢的硬度，有利于切削和加工。
轴承钢球化退火时间一般较长，总退火时间达到20小时以上, 长时间的球化退火，不仅消耗能源、占用资金，还容易造成脱碳严重。但是缩短球化退火时间容易导致球化不完全，影响后续加工。大规格轴承钢盘条（≥φ18mm）一般用来生产轴承钢套圈，其边部变形量大，对球化程度非常敏感。如果球化退火不完全，容易导致冷镦时套圈边部开裂。球化退火的原理是将轴承钢加热至奥氏体化稍高的温度，获得奥氏体加上未溶碳化物组织，冷却时这些未溶碳化物成为形核的核心，因此拥有正火组织或细片层间距的珠光体组织的预备组织能够有效减少球化退火时间。
轴承钢大盘卷生产过程中，由于规格尺寸较大且呈集卷状态冷却，相对于小规格轴承钢和斯太尔摩冷却其冷速较慢，更容易出现粗片珠光体组织和网状碳化物，不利于球化退火。若对轴承钢大盘卷进行强制快速冷却，则容易产生白点缺陷和异常组织，引起盘条断裂。因此对于轴承钢大盘卷来说，合适的冶炼及轧制工艺是获得良好退火预备组织、减少球化退火时间的关键。
关于减少球化退火时间的轴承钢生产方法,申请号201110354494.X中公开了“GCr15轴承钢管快速球化退火工艺”，通过对钢管进行穿水冷却，并多次缓冷和保温后出炉，能够在短时间内获得良好的球化组织。但其需要在线热处理炉，生产成本也大大增加。钢管由于壁薄，能够快速升降温，但对于大规格轴承钢盘条则难以应用。申请号201410538252.X中公开了“一种GCr15高碳铬轴承钢在线快速球化退火工艺”，通过对轴承钢快速降温至920～960℃范围内发生40～60%压缩变形，接着快速降温至740～780℃范围内发生30～50%压缩变形，缓慢冷却后得到良好的球化组织。但该方法条件要求苛刻，目前的线材轧制技术难以达到，工业上无法批量生产。申请号201210075317.2中公开了“一种GCr15轴承钢球化退火热处理工艺方法”，通过控制热轧盘条的感应加热和退火炉设置，获得良好的球化组织。该方法主要涉及轴承制造领域，并非对钢铁生产工艺进行优化。
发明内容
本发明提供一种轴承钢盘条及其生产方法，通过冶炼过程控制防止快冷过程中出现白点断裂和异常组织断裂；通过控轧控冷工艺控制盘条轧后的晶粒尺寸、网状碳化物及珠光体片层间距，并避免异常组织的产生，获得良好的球化退火预备组织，能够显著缩短球化退火时间。
本发明所采取的技术方案是：
一种轴承钢盘条，所述轴承钢化学成分的质量百分比为：C 0.95～1.05%，Si 0.15～0.35%，Mn 0.25～0.45%，Cr 1.40～1.65%，P≤0.025%，S≤0.025%，Mo 0.02～0.10%，Ni 0.10～0.30%，Cu 0.10～0.25%，O≤0.0012%，余量为Fe和微量杂质。
本发明还提供了上述轴承钢盘条的生产方法，包括下述工序：RH炉精炼、连铸、缓冷、加热、除磷后轧制、吐丝和风冷。
优选的工艺为:
RH炉精炼工序，真空度67～100Pa，真空循环处理时间35～50分钟，保证氢含量≤3ppm。
连铸工序，采用电磁搅拌、轻压下工艺，中间包过热度控制在15±3℃，铸坯中心碳偏析指数控制在0.96～1.05。
缓冷工序，保证在600℃以上温度进入缓冷炉或缓冷坑，缓冷72小时以上。
加热工序，将钢坯加热至1100～1200℃，保温100～120分钟。
除磷后轧制工序，将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度800～900℃，四架减定径，精轧结束后进入吐丝工序。
吐丝工序，吐丝温度控制在800～850℃。
风冷工序：进入风冷线，调节风机开度和保温罩开启数量，以0.1～1℃/s的冷速冷却至550℃，然后空冷至室温。
轴承钢盘条的退火工艺为：随炉升温至770～790℃，保温2～3小时，随后以50～100℃/h速度缓冷至650℃，出炉后空冷至室温。
本发明的成分设计中：
C含量低于0.95%无法保证硬度及耐磨性，高于1.05%淬火后残余奥氏体过多，影响精度及硬度，因此将碳含量设计为0.95～1.05%；
Si含量低于0.15%无法保证脱氧效果，高于0.35%则增加钢的过热敏感性和脱碳；
Mn含量低于0.25%无法保证脱硫效果，高于0.45%增加钢的过热敏感性；
Cr含量过低造成淬透性差，过高造成偏析严重，因此控制在1.40～1.65%内；
P、S、O含量尽量低，避免夹杂物对轴承寿命造成影响；
Mo含量控制在一定范围内能够增加淬透性，但过多造成过热敏感性增加，因此控制在0.02～0.10%内；
Ni含量较低时改善韧性，但过高时形成过多残余奥氏体，降低硬度和尺寸稳定性；
一定的Cu含量能够提高耐蚀性，过高时造成热加工裂纹。
冶炼过程控制作用是防止轴承钢大盘卷快冷过程中出现白点断裂和异常组织断裂。控轧控冷工艺的作用是控制盘条轧后的晶粒尺寸、网状碳化物及珠光体片层间距，并避免异常组织的产生，获得良好的球化退火预备组织。
本发明的轴承钢盘条，总退火时间8小时左右，获得正常的2～3级球化组织。常规工艺盘条需要经过约20小时的球化退火处理，与普通工艺生产的盘条相比，本发明的盘条退火时间由原来的20小时降低到8小时，大大提高了退火效率。
按常规工艺和本发明的工艺生产的热轧盘条组织图片分别见图1和图2，常规工艺和本发明工艺生产的热轧盘条经过快速球化退火后组织如图3和图4所示。由图1-图4可知，采用本发明工艺后盘条拥有良好的预备组织，在同样的退火条件下，常规工艺生产的盘条仅出现部分球化，本发明工艺生产的盘条获得良好的球化效果。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明通过冶炼过程控制防止快冷过程中出现白点断裂和异常组织断裂；通过控轧控冷工艺控制盘条轧后的晶粒尺寸、网状碳化物及珠光体片层间距，并避免异常组织的产生，获得良好的球化退火预备组织，能够显著缩短球化退火时间。
附图说明
图1为按常规工艺生产的热轧盘条组织图片；
图2为按本发明的工艺生产的热轧盘条组织图片；
图3为按常规工艺生产的热轧盘条经过快速球化退火后组织图；
图4为按本发明的工艺生产的热轧盘条经过快速球化退火后组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明；
实施例1
冶炼钢水及连铸成钢坯，钢成分的重量百分比为：C 0.95%，Si 0.28%，Mn 0.31%，Cr 1.60%，P 0.025%，S 0.018%，Mo 0.08%，Ni 0.13%，Cu 0.20%，O 0.0011%，余量为Fe和微量杂质。
钢水经过RH炉精炼，真空度91Pa，真空循环处理时间46分钟，保证氢含量小于3ppm。
连铸采用电磁搅拌、轻压下工艺，中间包过热度15℃，铸坯中心碳偏析指数1.03。连铸坯连铸完成后，进入缓冷坑缓冷72小时。
将钢坯加热至1150℃，保温100分钟。
将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度870℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在830℃。轧制规格为φ18mm。
进入风冷线，调节风机开度和保温罩开启数量，0.7℃/s的冷速冷却至550℃，然后空冷至室温。
实施例2
冶炼钢水及连铸成钢坯，钢成分的重量百分比为：C 1.05%，Si 0.25%，Mn 0.25%，Cr 1.65%，P 0.018%，S 0.025%，Mo 0.10%，Ni 0.10%，Cu 0.25%，O 0.0010%，余量为Fe和微量杂质。
钢水经过RH炉精炼，真空度70Pa，真空循环处理时间38分钟，保证氢含量小于3ppm。
连铸采用电磁搅拌、轻压下工艺，中间包过热度18℃，铸坯中心碳偏析指数1.02。连铸坯连铸完成后，进入缓冷坑缓冷74小时。
将钢坯加热至1150℃，保温105分钟。
将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度870℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在830℃。轧制规格为φ20mm。
进入风冷线，调节风机开度和保温罩开启数量，1.0℃/s的冷速冷却至550℃，然后空冷至室温。
实施例3
冶炼钢水及连铸成钢坯，钢成分的重量百分比为：C 1.00%，Si 0.35%，Mn 0.40%，Cr 1.55%，P 0.017%，S 0.020%，Mo 0.05%，Ni 0.15%，Cu 0.15%，O 0.0008%，余量为Fe和微量杂质。
钢水经过RH炉精炼，真空度80Pa，真空循环处理时间42分钟，保证氢含量小于3ppm。
连铸采用电磁搅拌、轻压下工艺，中间包过热度控制在12℃，铸坯中心碳偏析指数0.98。连铸坯连铸完成后，进入缓冷坑缓冷75小时。
将钢坯加热至1100℃，保温110分钟。
将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度850℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在850℃。轧制规格为φ18mm。
进入风冷线，调节风机开度和保温罩开启数量，0.5℃/s的冷速冷却至550℃，然后空冷至室温。
实施例4
冶炼钢水及连铸成钢坯，钢成分的重量百分比为：C 0.98%，Si 0.30%，Mn 0.45%，Cr 1.50%，P 0.015%，S 0.018%，Mo 0.04%，Ni 0.21%，Cu 0.10%，O 0.0009%，余量为Fe和微量杂质。
钢水经过RH炉精炼，真空度96Pa，真空循环处理时间48分钟，保证氢含量小于3ppm。
连铸采用电磁搅拌、轻压下工艺，中间包过热度控制在16℃，铸坯中心碳偏析指数1.01。连铸坯连铸完成后，进入缓冷坑缓冷76小时。
将钢坯加热至1120℃，保温108分钟。
将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度850℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在830℃。轧制规格为φ23mm。
进入风冷线，调节风机开度和保温罩开启数量，0.8℃/s的冷速冷却至550℃，然后空冷至室温。
实施例5
冶炼钢水及连铸成钢坯，钢成分的重量百分比为：C 1.03%，Si 0.15%，Mn 0.38%，Cr 1.45%，P 0.015%，S 0.019%，Mo 0.02%，Ni 0.25%，Cu 0.22%，O 0.0006%，余量为Fe和微量杂质。
钢水经过RH炉精炼，真空度100Pa，真空循环处理时间35分钟，保证氢含量小于3ppm。
连铸采用电磁搅拌、轻压下工艺，中间包过热度14℃，铸坯中心碳偏析指数1.05。连铸坯连铸完成后，进入缓冷坑缓冷78小时。
将钢坯加热至1200℃，保温120分钟。
将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度800℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在800℃。轧制规格为φ23mm。
进入风冷线，调节风机开度和保温罩开启数量，0.1℃/s的冷速冷却至550℃，然后空冷至室温。
实施例6
冶炼钢水及连铸成钢坯，钢成分的重量百分比为：C 1.01%，Si 0.21%，Mn 0.28%，Cr 1.40%，P 0.017%，S 0.020%，Mo 0.06%，Ni 0.30%，Cu 0.17%，O 0.0005%，余量为Fe和微量杂质。
钢水经过RH炉精炼，真空度67Pa，真空循环处理时间50分钟，保证氢含量小于3ppm。
连铸采用电磁搅拌、轻压下工艺，中间包过热度16℃，铸坯中心碳偏析指数0.96。连铸坯连铸完成后，进入缓冷坑缓冷72小时。
将钢坯加热至1180℃，保温115分钟。
将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度900℃，四架减定径，精轧结束后，吐丝温度控制在820℃。轧制规格为φ20mm。
进入风冷线，调节风机开度和保温罩开启数量，0.3℃/s的冷速冷却至550℃，然后空冷至室温。
对实施例1～6获得的不同规格盘条，进行快速球化退火处理，退火工艺为：随炉升温至770～790℃，保温2～3小时，随后以50～100℃/h速度缓冷至650℃，出炉后空冷至室温。其退火时间≤8小时，球化退火时间见表1；采用GB/T18254附录A第6级别图进行判定，检验数值见表1。
表1 实施例1～6材料快速球化退火时间及检验结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
球化退火时间 7.5小时 8.0小时 7.0小时 7.0小时 7.5小时 8.0小时
检验数值 2.5级 3.0级 2.0级 2.5级 2.5级 2.5级
由实施例1-6可知，本发明生产的轴承钢盘条经过较短时间的退火，能够获得正常的球化退火组织。因此，采用本发明工艺生产的轴承钢盘条能够获得良好的球化退火预备组织，显著缩短球化退火时间。

Claims (9)

1.一种轴承钢盘条，其特征在于：所述轴承钢盘条化学成分的质量百分比为：C 0.95～1.05%，Si 0.15～0.35%，Mn 0.25～0.45%，Cr 1.40～1.65%，P≤0.025%，S≤0.025%，Mo 0.02～0.10%，Ni 0.10～0.30%，Cu 0.10～0.25%，O≤0.0012%，余量为Fe和微量杂质。
2.根据权利要求１所述的一种轴承钢盘条的生产方法，其特征在于包括下述工序：RH炉精炼、连铸、缓冷、加热、除磷后轧制、吐丝和风冷。
3.根据权利要求2所述的一种轴承钢盘条的生产方法，其特征在于：所述RH炉精炼工序，真空度67～100Pa，真空循环处理时间35～50分钟，保证氢含量≤3ppm。
4.根据权利要求2所述的一种轴承钢盘条的生产方法，其特征在于：所述连铸工序，采用电磁搅拌、轻压下工艺，中间包过热度控制在15±3℃，铸坯中心碳偏析指数控制在0.96～1.05。
5.根据权利要求2所述的一种轴承钢盘条的生产方法，其特征在于：所述缓冷工序，在600℃以上温度进入缓冷炉或缓冷坑，缓冷72小时以上。
6.根据权利要求2所述的一种轴承钢盘条的生产方法，其特征在于：所述加热工序，将钢坯加热至1100～1200℃，保温100～120分钟。
7.根据权利要求2所述的一种轴承钢盘条的生产方法，其特征在于：所述除磷后轧制工序，将除磷后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，进精轧温度800～900℃，四架减定径，精轧结束后进入吐丝工序。
8.根据权利要求2所述的一种轴承钢盘条的生产方法，其特征在于：所述吐丝工序，吐丝温度控制在800～850℃。
9.根据权利要求2所述的一种轴承钢盘条的生产方法，其特征在于：所述风冷工序：进入风冷线，以0.1～1℃/s的冷速冷却至550℃，然后空冷至室温。
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