CN108754090A - 一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法，属于冶金材料领域。一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法，将热轧结束后的钢棒立即以10～25℃/s的速度水冷至550～650℃，随后以5～20℃/min加热至临界温度790～800℃进行保温，保温时间为1～3h，然后以1～3℃/min炉冷至710～730℃进行等温，等温120min后，以0.5～2.5℃/min炉冷至650～680℃，最后空冷至室温。本发明提出的在线临界球化退火方法所获得的球化组织与常规离线球化退火方法的较为接近，可以替代常规的离线球化退火方法。

Description

一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法
技术领域
本发明涉及一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法，属于冶金材料领域。
背景技术
为了改善GCr15轴承钢的车削性能，热变形后需要对其进行球化退火。目前的工业生产中，GCr15轴承钢多采用离线球化退火方法，即热轧后冷却至室温，随后再加热至临界区间的某一温度进行球化退火。球化退火的生产周期普遍较长，影响了生产效率，并增加了能耗。为了提高GCr15轴承钢的生产效率和降低能耗，需要一种在线球化退火方法。
公开号为CN 107746932A的中国专利公开了一种GCr15轴承钢的制备方法，该方法中的退火步骤为一种在线亚临界球化退火，该退火方法的主要特征在于：轧后立即水冷至450～510℃，随后直接升温至临界温度点(740℃)以下的某一温度(690～710℃)进行退火，退火时间为4～5h。在线亚临界球化退火后的显微组织为铁素体和较为细小的球状碳化物。当碳化物较为细小时，由于弥散强化作用，球化组织的硬度通常较高，这会加快车削加工过程中刀具的磨损。因此，公开号为CN 107746932A的专利中所述的退火方法适用于生产车削加工较少或不需进行车削加工的轴承。
发明内容
本发明提供了一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法，该方法的主要特征在于：轧后立即水冷至550～650℃，随后直接升温至临界温度区间740～916℃内进行奥氏体化，然后冷到740℃以下的某一温度进行等温，随后缓冷至650～680℃，最后空冷冷至室温。利用本发明所述的在线临界球化退火方法，所获得的球化组织为铁素体和尺寸适中的球状碳化物，其硬度不高，并且球化效果接近常规离线球化退火方法，可适用于生产需要进行明显车削加工或冷变形的轴承。
一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法，将热轧结束后的钢棒立即以10～25℃/s的速度水冷至550～650℃，随后以5～20℃/min加热至临界温度790～800℃进行保温，保温时间为1～3h，然后以1～3℃/min炉冷至710～730℃进行等温，等温120min后，以0.5～2.5℃/min炉冷至650～680℃，最后空冷至室温。
优选地，将热轧结束后的钢棒立即以10～25℃/s的速度水冷至600℃，随后直接将钢棒以5℃/min加热至临界温度800℃进行保温，保温时间为1h，然后以3℃/min炉冷至720℃，在720℃等温120min后，以2.5℃/min炉冷至650℃，最后空冷至室温。
本发明进一步优选，所述热轧工艺为：将GCr15轴承钢的钢锭或连铸坯加热至1200℃，保温时间为0.5～3h，随后进行热轧，其中，开轧温度为1050℃～1200℃，终轧温度为850℃～1000℃，得到尺寸为Φ10～Φ30mm的钢棒。
本发明所述的一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法中的GCr15轴承钢各组分的重量百分比为：C0.95～1.05％，Si0.15～0.35％，Mn0.25～0.45％，Cr1.40～1.65％，余量为Fe。
上述技术方案中，所述钢锭或连铸坯可根据现有技术公开的GCr15轴承钢钢锭和连铸坯的制备方法制得或可直接通过商业渠道购得。
本发明所述的一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法的一个优选的技术方案为：所述方法包括下述工艺步骤：
步骤1、准备成分重量百分比为C0.95～1.05％，Si0.15～0.35％，Mn0.25～0.45％，Cr1.40～1.65％，余量为Fe的钢锭或连铸坯；
步骤2、将钢锭或连铸坯加热至1200℃，保温时间为0.5～3h，随后进行热轧，其中，开轧温度为1050～1200℃，终轧温度为850～1000℃，得到尺寸为Φ10～Φ30mm的钢棒。
步骤3、终轧结束后的钢棒立即以10～25℃/s的速度水冷至600℃，随后直接将钢棒以5℃/min加热至临界温度800℃进行保温，保温时间为1h，然后以3℃/min炉冷至720℃，在720℃等温120min后，以2.5℃/min炉冷至650℃，最后空冷至室温。
本发明的有益效果：本发明所述的一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法，其轧后未冷至室温，即利用了轧后余热。本发明的方法缩短了生产周期，节省了能源。此外，热轧后以10～25℃/s的速度进行水冷，可以有效抑制先共析碳化物的析出，进而避免碳化物网状结构的形成；热轧后水冷至550～650℃，随后以5～20℃/min加热，可以确保在加热到700℃之前基本完成珠光体转变。本发明提出的在线临界球化退火方法所获得的球化组织与常规离线球化退火方法的较为接近，可以替代常规的离线球化退火方法。
附图说明
图1为本发明所述的热轧后在线临界球化退火工艺示意图；
图2为本发明实施例中热轧后离线球化退火工艺示意图；
图3为本发明实施例中第一组GCr15轴承钢在线临界球化退火后的显微组织；
图4为本发明实施例中第二组GCr15轴承钢在线临界球化退火后的显微组织；
图5为本发明实施例中第三组GCr15轴承钢在线临界球化退火后的显微组织；
图6为本发明实施例中第四组GCr15轴承钢在线临界球化退火后的显微组织；
图7为本发明实施例中第五组GCr15轴承钢离线球化退火后的显微组织；
图8为本发明实施例中第六组GCr15轴承钢离线球化退火后的显微组织。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明实施例中采用的GCr15轴承钢连铸坯购自抚顺特殊钢股份有限公司，截面尺寸为150×150mm，成分重量百分比为C1.0％，Si0.28％，Mn0.34％，Cr1.57％，余量为Fe。
实施例1
本发明实施例中所选用的GCr15轴承钢连铸坯分为六组，第一组、第二组、第三组和第四组按照本发明所述的在线临界球化方法进行球化，所采用的工艺曲线的示意图如图1所示。为了进行对比，第五组和第六组进行了常规的离线球化退火，其工艺曲线的示意图如图2所示。
本发明实施例中采用了电子探针(JEOLJXA-8530F)对显微组织进行观察。本发明实施例按照标准的金相制备方法：采用240、600、800、1000、1200和1500号砂纸对垂直于轧制方向的轴承钢表面进行磨制；采用水溶金刚石研磨膏进行抛光。观察球化退火的显微组织时，采用体积分数为4％的硝酸酒精溶液于室温进行腐蚀，腐蚀时间为8s。
本发明实施例中第一组GCr15轴承钢连铸坯的在线临界球化退火工艺为：将GCr15钢坯加热至1200℃、保温3h，开轧温度为1072℃，经过轧制，得到尺寸为Φ10mm的钢棒，终轧温度为857℃，终轧后以14℃/s的速度水冷至625℃，然后以5℃/min加热至800℃，在该温度下保温1h，然后以3℃/min炉冷至720℃，在720℃等温120min后，以2.5℃/min炉冷至650℃,最后空冷至室温。球化后的显微组织如图3所示。采用Image-pro Plus软件对碳化物进行测量，球化碳化物的平均直径为0.33μm，纵横比小于3的碳化物(纵横比小于3的碳化物被认为完成了球化)所占面积分数为99.2％。采用显微硬度计(FM-700)测量了其硬度，硬度值为210HV。
本发明实施例中第二组GCr15轴承钢连铸坯的在线临界球化退火工艺为：将GCr15钢坯加热至1200℃、保温3h，开轧温度为1160℃，经过轧制，得到尺寸为Φ10mm的钢棒，终轧温度为950℃，终轧后以20℃/s的速度水冷至600℃，然后以5℃/min加热至800℃，在该温度下保温1h,然后以3℃/min炉冷至720℃，在720℃等温120min后，以2.5℃/min炉冷至650℃,最后空冷至室温。球化后的显微组织如图4所示。采用Image-pro Plus软件对碳化物进行测量，球化碳化物的平均直径为0.31μm，纵横比小于3的碳化物所占的面积分数为100.0％。采用显微硬度计(FM-700)测量了其硬度，硬度值为211HV。
本发明实施例中第三组GCr15轴承钢连铸坯的在线临界球化退火工艺为：将GCr15钢坯加热至1200℃、保温3h，开轧温度为1050℃，经过轧制，得到尺寸为Φ10mm的钢棒，终轧温度为860℃，终轧后以20℃/s的速度水冷至550℃，然后以20℃/min加热至800℃，在该温度下保温1h,然后以3℃/min炉冷至720℃，在720℃等温120min后，以2.5℃/min炉冷至650℃,最后空冷至室温。球化后的显微组织如图5所示。采用Image-pro Plus软件对碳化物进行测量，球化碳化物的平均直径为0.33μm，纵横比小于3的碳化物所占的面积分数为99.9％。采用显微硬度计(FM-700)测量了其硬度，硬度值为209HV。
本发明实施例中第四组GCr15轴承钢连铸坯的在线临界球化退火工艺为：将GCr15钢坯加热至1200℃、保温3h，开轧温度为1100℃，经过轧制，得到尺寸为Φ20mm的钢棒，终轧温度为860℃，终轧后以13℃/s的速度水冷至650℃，然后以5℃/min加热至800℃，在该温度下保温1h,然后以3℃/min炉冷至720℃，在720℃等温120min后，以2.5℃/min炉冷至650℃,最后空冷至室温。球化后的显微组织如图6所示。采用Image-pro Plus软件对碳化物进行测量，球化碳化物的平均直径为0.36μm，纵横比小于3的碳化物所占的面积分数为99.1％。采用显微硬度计(FM-700)测量了其硬度，硬度值为208HV。
本发明实施例中第五组GCr15轴承钢连铸坯的常规的离线临界球化工艺为：将GCr15钢坯加热至1200℃、保温3h，开轧温度为1050℃，经过轧制，得到尺寸为Φ20mm的钢棒，其终轧温度为865℃，终轧后以10℃/s的速度水冷至680℃，然后空炉冷至室温。随后按以下工艺进行离线球化：将钢棒以5℃/min加热至800℃，在该温度下保温1h后，以3℃/min的速度炉冷至720℃，在720℃等温120后，以2.5℃/min的速度冷至650℃，最后空冷至室温。球化后的显微组织如图7所示。采用Image-pro Plus软件对碳化物进行测量，球化碳化物的平均直径为0.35μm，纵横比小于3的碳化物所占的面积分数为99.8％。采用显微硬度计(FM-700)测量了其硬度，硬度值为208HV。
本发明实施例中第六组GCr15轴承钢连铸坯的常规的离线临界球化工艺为：将GCr15钢坯加热至1200℃、保温3h，开轧温度为1150℃，经过轧制，得到尺寸为Φ10mm的钢棒，其终轧温度为939℃，终轧后以19℃/s的速度水冷至630℃，然后空冷至室温。随后按以下工艺进行离线球化：将钢棒以5℃/min加热至800℃，在800℃保温1h后，以3℃/min的速度炉冷至720℃，在720℃等温120后，以2.5℃/min的速度炉冷至650℃，最后空冷至室温。球化后的显微组织如图8所示。采用Image-pro Plus软件对碳化物进行测量，球化碳化物的平均直径为0.30μm，纵横比小于3的碳化物所占的面积分数为99.9％。采用显微硬度计(FM-700)测量了其硬度，其硬度为211HV。本发明的六组实施例的轴承钢球化退火后，纵横比小于3的碳化物的面积分数均在99.0％以上，即球化效果较好，并且它们的硬度较为接近。

Claims (5)

1.一种GCr15轴承钢的在线临界球化退火方法，其特征在于：将热轧结束后的钢棒立即以10～25℃/s的速度水冷至550～650℃，随后以5～20℃/min加热至临界温度790～800℃进行保温，保温时间为1～3h，然后以1～3℃/min炉冷至710～730℃进行等温，等温120min后，以0.5～2.5℃/min炉冷至650～680℃，最后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将热轧结束后的钢棒立即以10～25℃/s的速度水冷至600℃，随后直接将钢棒以5℃/min加热至临界温度800℃进行保温，保温时间为1h，然后以3℃/min炉冷至720℃，在720℃等温120min后，以2.5℃/min炉冷至650℃，最后空冷至室温。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述热轧工艺为：将GCr15轴承钢的钢锭或连铸坯加热至1200℃，保温时间为0.5～3h，随后进行热轧，其中，开轧温度为1050～1200℃，终轧温度为850～1000℃，得到尺寸为Φ10～Φ30mm的钢棒。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述GCr15轴承钢各组分的重量百分比为：C0.95～1.05％，Si0.15～0.35％，Mn0.25～0.45％，Cr1.40～1.65％，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括下述工艺步骤：
步骤1、准备成分重量百分比为C0.95～1.05％，Si0.15～0.35％，Mn0.25～0.45％，Cr1.40～1.65％，余量为Fe的钢锭或连铸坯；
步骤2、将钢锭或连铸坯加热至1200℃，保温时间为0.5～3h，随后进行热轧，其中，开轧温度为1050～1200℃，终轧温度为850～1000℃，得到尺寸为Φ10～Φ30mm的钢棒；
步骤3、终轧结束后的钢棒立即以10～25℃/s的速度水冷至600℃，随后直接将钢棒以5℃/min加热至临界温度800℃进行保温，保温时间为1h，然后以3℃/min炉冷至720℃，在720℃等温120min后，以2.5℃/min炉冷至650℃，最后空冷至室温。
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