CN109112280A - 一种轴承钢线材脱碳深度的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴承钢线材脱碳深度的控制方法，通过对轧制轴承钢线材的坯料的脱碳层深度进行识别，对于不同类型的坯料采用不同的表面处理方式，并对加热温度、加热时间和炉内气氛进行控制，以实现轴承钢线材脱碳深度的有效控制，使轴承钢线材脱碳深度在标准范围内，满足GB/T18254对轴承钢线材脱碳深度的要求。该方法能够有效解决长时间的高温扩散与脱碳控制之间的矛盾，保证轴承钢线材表层的机械性能，使之满足用户使用要求。并且也间接降低了额外的退火、拉拔道次所增加的深加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速线材生产方法，具体涉及一种轴承钢线材脱碳深度的控制方法。
背景技术
轴承钢盘条退火拉丝后主要用于制作轴承滚动体，如滚珠、滚柱和滚针。滚动体是轴承中的关键零件,必须具备极高的抗塑性变形能力、尺寸稳定性、耐磨性和接触疲劳性能。滚动体质量的好坏对轴承的使用寿命影响很大，以柱形球轴承为例,当其滚动体失效时该轴承的失效概率同比会增加到十倍以上。据统计,目前国产轴承失效80％来自于滚动体不良。因此,提高轴承滚动体质量已成为我国轴承工业发展的重要环节之一。
轴承钢线材作为制作滚动体的原材料，其表面质量、尺寸精度、脱碳、碳化物均匀性等是必须要控制好的。表面质量和尺寸精度的控制是基础，各大轴承钢生产厂家基本都能作好。但在控制脱碳和碳化物均匀性方面是有难度的，众所周知，碳化物均匀性主要是在炼钢工序控制好铸坯偏析，在轧钢工序控制好加热温度和加热时间，在足够长的高温扩散时间下碳化物液析、带状、网状能得到较大改善，而长时间的高温扩散与脱碳控制是相互矛盾的。轴承钢脱碳将使表层的机械性能下降，达不到用户要求的硬度，在淬火工序中容易产生裂纹、软点等缺陷，显著降低轴承钢的疲劳强度，甚至引起疲劳断裂。若要继续消化脱碳层超标的轴承钢线材，需要增加退火、拉拔道次，将增加额外成本。因此，如何有效控制脱碳，在确保碳化物均匀性满足要求的前提下控制好脱碳尤为重要。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种轴承钢线材脱碳深度的控制方法，该方法通过对轴承钢150方坯料脱碳进行识别、处理，对加热温度、加热时间、炉内气氛等进行控制，实现了对轴承钢线材脱碳的有效控制，满足GB/T18254对轴承钢线材脱碳深度的要求。
技术方案：本发明所述的一种轴承钢线材脱碳深度的控制方法，该方法首先对轧制轴承钢线材的坯料进行识别，对于不同类型的坯料采用不同的表面处理方式，并在加热过程中对加热温度、加热时间和炉内气氛进行控制；要求如下：
(1)表面处理：对于连铸坯采用抛丸、点磨处理；对于初轧坯采用全扒皮处理；
(2)加热温度的控制：对于连铸坯采用高温加热方式，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉温控制在850℃以内；进入加热段，炉温逐步提升到1180～1240℃；进入均热段，炉温控制在1200～1220℃；
对于初轧坯采用低温加热方式，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉温控制在850℃以内；进入加热段，炉温逐步提升到980～1040℃；进入均热段，炉温控制在1000～1020℃；
(3)加热时间的控制：对于连铸坯，控制高温段扩散时间和在炉总时间，其中，1150℃以上高温段扩散时间≥60分钟，在炉总时间≥135分钟；
对于初轧坯，控制在炉总时间≥120分钟；
(4)炉内气氛的控制：包括残氧含量、空气过剩系数和炉压；其中，所述残氧含量分三段控制，预热段≤2％，加热段≤4％，均热段≤3％；所述空气过剩系数分三段控制，预热段0.85～1.0，加热段0.95～1.1，均热段1.1～1.25；所述炉压控制在8～15Pa。
其中，所述全扒皮处理是在初轧坯每个轧制批次中选取多根初轧坯样本，检验脱碳层深度，检验数据中脱碳层最深的为Dmax，所述全扒皮处理的深度大于Dmax。为了保证数据的准确性，选取的初轧坯样本≥5根。
而对加热温度的控制还要求：对于连铸坯，除鳞后钢坯温度控制在1120～1150℃；对于初轧坯，除鳞后钢坯温度控制在940～980℃。
为了保障前后钢坯之间的加热时间不受影响，所述加热时间的控制还包括控制进钢节奏，当生产5.0mm规格轴承钢线材时，进二支空一个步距；当生产5.5mm规格轴承钢线材时，进三支空一个步距；对于生产其他规格的轴承钢线材，均采用满步距进钢。
有益效果：本发明通过对坯料脱碳层深度的识别、处理，并对加热温度、加热时间、炉内气氛进行控制，以实现轴承钢线材脱碳深度的有效控制，使轴承钢线材脱碳深度在标准范围内，满足GB/T18254对轴承钢线材脱碳深度的要求。该方法能够有效解决长时间的高温扩散与脱碳控制之间的矛盾，保障线材表层的机械性能，使之满足强度要求。并且也间接降低了额外的退火、拉拔道次所增加的深加工成本。
具体实施方式
一种轴承钢线材脱碳深度的控制方法，首先对轧制轴承钢线材的坯料进行识别，对于不同类型的坯料采用不同的表面处理方式，并在加热过程中对加热温度、加热时间和炉内气氛进行控制；要求如下：
(1)表面处理：对于连铸坯采用抛丸、点磨处理；对于初轧坯采用全扒皮处理；其中，全扒皮处理是在初轧坯每个轧制批次中选取多根初轧坯样本，检验脱碳层深度，检验数据中脱碳层最深的为Dmax，所述全扒皮处理的深度大于Dmax；
(2)加热温度的控制：对于连铸坯采用高温加热方式，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉温控制在850℃以内；进入加热段，炉温逐步提升到1180～1240℃；进入均热段，炉温控制在1200～1220℃；除鳞后钢坯温度控制在1120～1150℃；
对于初轧坯采用低温加热方式，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉温控制在850℃以内；进入加热段，炉温逐步提升到980～1040℃；进入均热段，炉温控制在1000～1020℃；除鳞后钢坯温度控制在940～980℃；
(3)加热时间的控制：对于连铸坯，控制高温段扩散时间和在炉总时间，其中，1150℃以上高温段扩散时间≥60分钟，在炉总时间≥135分钟；对于初轧坯，控制在炉总时间≥120分钟；
且对加热时间的控制还进一步包括控制进钢节奏，当生产5.0mm规格轴承钢线材时，进二个步距空一个步距；当生产5.5mm规格轴承钢线材时，进三个步距空一个步距；对于生产其他规格的轴承钢线材，均采用满步距进钢；
(4)炉内气氛的控制：包括残氧含量、空气过剩系数和炉压；其中，所述残氧含量分三段控制，预热段≤2％，加热段≤4％，均热段≤3％；所述空气过剩系数分三段控制，预热段0.85～1.0，加热段0.95～1.1，均热段1.1～1.25；所述炉压控制在8～15Pa。
下面，结合具体实施例对该方法做进一步详细说明。具体的，下述实施例中轧制轴承钢线材的坯料均采用断面为150mm*150mm的方坯。
实施例1：采用连铸坯生产5.0mm规格轴承钢线材GCr15，对坯料进行抛丸点磨处理。采用高温加热，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉气温度控制在780～820℃；钢坯进入加热段后心部温度逐步提升，炉温逐步提升到1190～1220℃；钢坯进入均热段后表面温度与心部温度逐步趋于一致，炉温控制在1205～1215℃；除鳞后钢坯温度控制在1130～1140℃。钢坯进二支空一个步距，1150℃以上高温段时间为82分钟，在炉总时间为176分钟。控制炉内气氛，残氧含量预热段1.8％，加热段2.5％，均热段2.1％；空气过剩系数预热段0.95，加热段1.05，均热段1.25；炉压控制在10～15Pa。生产过程中未发生2小时以上故障，按GB/T18254标准从5支不同盘条上正常取样检测脱碳深度，结果满足脱碳深度≤0.1mm的要求，金相检测详细数据如表1所示：
表1实施例1的金相检测详细数据
| 第1支 | 第2支 | 第3支 | 第4支 | 第5支 | |
| 脱碳深度 | 62um | 49um | 54um | 56um | 52um |
实施例2：连铸坯生产15.0mm规格轴承钢线材GCr15，对坯料进行抛丸点磨处理。采用高温加热，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉气温度控制在800～840℃；钢坯进入加热段后心部温度逐步提升，炉温逐步提升到1195～1230℃；钢坯进入均热段后表面温度与心部温度逐步趋于一致，炉温控制在1210～1220℃；除鳞后钢坯温度控制在1135～1145℃。钢坯满步距进钢，1150℃以上高温段时间为65分钟，在炉总时间为148分钟。控制炉内气氛，残氧含量预热段1.9％，加热段2.8％，均热段2.2％；空气过剩系数预热段0.9，加热段1.0，均热段1.2；炉压控制在12～15Pa。生产过程中未发生2小时以上故障，按GB/T18254标准从5支不同盘条上正常取样检测脱碳深度，结果满足脱碳深度≤1％D mm的要求，其中D为线材的公称直径，金相检测详细数据如表2所示：
表2实施例2的金相检测详细数据
| 第1支 | 第2支 | 第3支 | 第4支 | 第5支 | |
| 脱碳深度 | 95um | 106um | 98um | 102um | 89um |
实施例3：采用初轧坯生产5.5mm规格轴承钢线材GCr15-X1，初轧坯生产过程中从5根不同初轧坯样本上取样，对该轧制批次初轧坯表面脱碳层进行检测，金相检测详细数据如表3所示：
表3实施例3的初轧坯样本的金相检测详细数据
| 第1根 | 第2根 | 第3根 | 第4根 | 第5根 | |
| 脱碳深度 | 762um | 745um | 695um | 715um | 781um |
由上表可得脱碳层最深为Dmax＝0.781mm。
对该轧制批次初轧坯进行扒皮处理，扒皮深度为0.9～1.2mm。初轧坯采用低温加热，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉气温度控制在780～820℃；钢坯进入加热段后心部温度逐步提升，炉温逐步提升到1000～1030℃；钢坯进入均热段后表面温度与心部温度逐步趋于一致，炉温控制在1000～1020℃；除鳞后钢坯温度控制在960～980℃。5.5mm规格钢坯进三支空一个步距，在炉总时间为155分钟。控制炉内气氛，残氧含量预热段2.0％，加热段2.7％，均热段2.1％；空气过剩系数预热段0.95，加热段1.05，均热段1.2；炉压控制在11～15Pa。生产过程中未发生2小时以上故障，按GB/T18254标准从5支不同盘条上正常取样检测脱碳深度，结果满足脱碳深度≤0.1mm的要求，金相检测详细数据如表4所示：
表4实施例3的金相检测详细数据
| 第1支 | 第2支 | 第3支 | 第4支 | 第5支 | |
| 脱碳深度 | 32um | 41um | 44um | 36um | 42um |
实施例4：初轧坯生产16mm规格轴承钢线材GCr15/QC21，初轧坯生产过程中从5根不同初轧坯样本上取样，对该轧制批次初轧坯表面脱碳进行检测，金相检测详细数据如表5所示：
表5实施例4的初轧坯样本的金相检测详细数据
| 第1根 | 第2根 | 第3根 | 第4根 | 第5根 | |
| 脱碳深度 | 702um | 715um | 765um | 675um | 720um |
由上表可得脱碳层最深为Dmax＝0.765mm。
对该轧制批次初轧坯进行扒皮处理，扒皮深度为0.9～1.2mm。初轧坯采用低温加热，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉气温度控制在795～830℃；钢坯进入加热段后心部温度逐步提升，炉温逐步提升到1010～1035℃；钢坯进入均热段后表面温度与心部温度逐步趋于一致，炉温控制在1005～1020℃；除鳞后钢坯温度控制在965～980℃。16mm规格钢坯满步距进钢，在炉总时间为146分钟。控制炉内气氛，残氧含量预热段1.8％，加热段2.8％，均热段2.0％；空气过剩系数预热段0.95，加热段1.00，均热段1.25；炉压控制在12～15Pa。生产过程中未发生2小时以上故障，按GB/T18254标准从5支不同盘条上正常取样检测脱碳深度，结果满足脱碳深度≤1％Dmm的要求，其中D为线材的公称直径，金相检测详细数据如表6所示：
表6实施例4的金相检测详细数据
| 第1支 | 第2支 | 第3支 | 第4支 | 第5支 | |
| 脱碳深度 | 65um | 68um | 71um | 66um | 62um |
实施例5：初轧坯生产15mm规格轴承钢线材GCr15/QC21，初轧坯生产过程中从6根不同初轧坯样本上取样，对该轧制批次初轧坯表面脱碳进行检测，金相检测详细数据如表7：
表7实施例5的初轧坯样本的金相检测详细数据
| 第1根 | 第2根 | 第3根 | 第4根 | 第5根 | 第6根 | |
| 脱碳深度 | 712um | 725um | 756um | 765um | 720um | 724um |
由上表可得脱碳层最深为Dmax＝0.765mm。
对该轧制批次初轧坯进行扒皮处理，扒皮深度为0.8～1.1mm。初轧坯采用低温加热，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉气温度控制在800～850℃；钢坯进入加热段后心部温度逐步提升，炉温逐步提升到1020～1040℃；钢坯进入均热段后表面温度与心部温度逐步趋于一致，炉温控制在1010～1020℃；除鳞后钢坯温度控制在940～965℃。钢坯满步距进钢，在炉总时间为120分钟。控制炉内气氛，残氧含量预热段1.9％，加热段3.8％，均热段3.0％；空气过剩系数预热段0.85，加热段0.95，均热段1.1；炉压控制在8～13Pa。生产过程中未发生2小时以上故障，按GB/T18254标准从5支不同盘条上正常取样检测脱碳深度，结果满足脱碳深度≤1％Dmm的要求，其中D为线材的公称直径，金相检测详细数据如表8：
表8实施例5的金相检测详细数据
| 第1支 | 第2支 | 第3支 | 第4支 | 第5支 | |
| 脱碳深度 | 63um | 65um | 70um | 76um | 68um |
实施例6：初轧坯生产5.0mm规格轴承钢线材GCr15-X1，初轧坯生产过程中从5根不同初轧坯样本上取样，对该轧制批次初轧坯表面脱碳进行检测，金相检测详细数据如表9：
表9实施例6的初轧坯样本的金相检测详细数据
| 第1根 | 第2根 | 第3根 | 第4根 | 第5根 | |
| 脱碳深度 | 720um | 735um | 755um | 712um | 730um |
由上表可得脱碳层最深为Dmax＝0.755mm。
对该轧制批次初轧坯进行扒皮处理，扒皮深度为0.9～1.2mm。初轧坯采用低温加热，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉气温度控制在785～825℃；钢坯进入加热段后心部温度逐步提升，炉温逐步提升到980～1015℃；钢坯进入均热段后表面温度与心部温度逐步趋于一致，炉温控制在1000～1015℃；除鳞后钢坯温度控制在960～970℃。钢坯进二支空一个步距，在炉总时间为136分钟。控制炉内气氛，残氧含量预热段1.6％，加热段4％，均热段2.6％；空气过剩系数预热段1.0，加热段1.10，均热段1.20；炉压控制在10～13Pa。生产过程中未发生2小时以上故障，按GB/T18254标准从5支不同盘条上正常取样检测脱碳深度，结果满足脱碳深度≤0.1mm的要求，金相检测详细数据如表10所示：
表10实施例6的金相检测详细数据
| 第1支 | 第2支 | 第3支 | 第4支 | 第5支 | |
| 脱碳深度 | 81um | 76um | 79um | 86um | 72um |
实施例7：采用连铸坯生产15.0mm规格轴承钢线材GCr15，对坯料进行抛丸点磨处理。采用高温加热，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉气温度控制在810～850℃；钢坯进入加热段后心部温度逐步提升，炉温逐步提升到1200～1240℃；钢坯进入均热段后表面温度与心部温度逐步趋于一致，炉温控制在1200～1220℃；除鳞后钢坯温度控制在1135～1150℃。钢坯满步距进钢，1150℃以上高温段时间为60分钟，在炉总时间为138分钟。控制炉内气氛，残氧含量预热段2.0％，加热段2.8％，均热段2.2％；空气过剩系数预热段1.0，加热段1.0，均热段1.25；炉压控制在8～12Pa。生产过程中未发生2小时以上故障，按GB/T18254标准从5支不同盘条上正常取样检测脱碳深度，结果满足脱碳深度≤1％D mm的要求，其中D为线材的公称直径，金相检测详细数据如表11所示：
表11实施例7的金相检测详细数据
| 第1支 | 第2支 | 第3支 | 第4支 | 第5支 | |
| 脱碳深度 | 91um | 100um | 93um | 106um | 99um |
实施例8：采用连铸坯生产5.5mm规格轴承钢线材GCr15，对坯料进行抛丸点磨处理。采用高温加热，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉气温度控制在790～840℃；钢坯进入加热段后心部温度逐步提升，炉温逐步提升到1180～1210℃；钢坯进入均热段后表面温度与心部温度逐步趋于一致，炉温控制在1210～1220℃；除鳞后钢坯温度控制在1120～1135℃。钢坯进三支空一个步距，1150℃以上高温段时间为78分钟，在炉总时间为135分钟。控制炉内气氛，残氧含量预热段1.6％，加热段3.5％，均热段1.8％；空气过剩系数预热段0.85，加热段1.00，均热段1.1；炉压控制在9～14Pa。生产过程中未发生2小时以上故障，按GB/T18254标准从5支不同盘条上正常取样检测脱碳深度，结果满足脱碳深度≤0.1mm的要求，金相检测详细数据如表12所示：
表12实施例8的金相检测详细数据
| 第1支 | 第2支 | 第3支 | 第4支 | 第5支 | |
| 脱碳深度 | 68um | 59um | 57um | 61um | 46um |
由上述实施例可得，采用本发明的轴承钢线材脱碳深度的控制方法，通过对坯料脱碳层深度的识别、处理，并对加热温度、加热时间、炉内气氛进行控制，能够实现轴承钢线材脱碳深度的有效控制，使轴承钢线材脱碳深度在标准范围内，满足GB/T18254对轴承钢线材脱碳深度的要求。
Claims (6)
1.一种轴承钢线材脱碳深度的控制方法，其特征在于，首先对轧制轴承钢线材的坯料进行识别，对于不同类型的坯料采用不同的表面处理方式，并在加热过程中对加热温度、加热时间和炉内气氛进行控制；要求如下：
(1)表面处理：对于连铸坯采用抛丸、点磨处理；对于初轧坯采用全扒皮处理；
(2)加热温度的控制：对于连铸坯采用高温加热方式，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉温控制在850℃以内；进入加热段，炉温逐步提升到1180～1240℃；进入均热段，炉温控制在1200～1220℃；
对于初轧坯采用低温加热方式，预热段钢坯心部温度≤700℃时，炉温控制在850℃以内；进入加热段，炉温逐步提升到980～1040℃；进入均热段，炉温控制在1000～1020℃；
(3)加热时间的控制：对于连铸坯，控制高温段扩散时间和在炉总时间，其中，1150℃以上高温段扩散时间≥60分钟，在炉总时间≥135分钟；
对于初轧坯，控制在炉总时间≥120分钟；
(4)炉内气氛的控制：包括残氧含量、空气过剩系数和炉压；其中，所述残氧含量分三段控制，预热段≤2％，加热段≤4％，均热段≤3％；所述空气过剩系数分三段控制，预热段0.85～1.0，加热段0.95～1.1，均热段1.1～1.25；所述炉压控制在8～15Pa。
2.根据权利要求1所述的轴承钢线材脱碳深度的控制方法，其特征在于，所述全扒皮处理是在初轧坯每个轧制批次中选取多根初轧坯样本，检验脱碳层深度，检验数据中脱碳层最深的为Dmax，所述全扒皮处理的深度大于Dmax。
3.根据权利要求2所述的轴承钢线材脱碳深度的控制方法，其特征在于，选取的初轧坯样本≥5根。
4.根据权利要求1所述的轴承钢线材脱碳深度的控制方法，其特征在于，所述加热温度的控制还要求：对于连铸坯，除鳞后钢坯温度控制在1120～1150℃；对于初轧坯，除鳞后钢坯温度控制在940～980℃。
5.根据权利要求1所述的轴承钢线材脱碳深度的控制方法，其特征在于，所述加热时间的控制还包括控制进钢节奏，当生产5.0mm规格轴承钢线材时，进二支空一个步距；当生产5.5mm规格轴承钢线材时，进三支空一个步距；对于生产其他规格的轴承钢线材，均采用满步距进钢。
6.根据权利要求1～5任一项所述的轴承钢线材脱碳深度的控制方法，其特征在于，所述坯料为断面150mm*150mm的方坯。
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