CN109680136A - 高碳轧材及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高碳轧材及其制备方法和应用，涉及高碳轧材制造领域。本发明的高碳轧材的制备方法包括以下步骤：首先将钢材在奥氏体区加热至1130～1230℃，保温60～90min，然后于850～900℃进行终轧，再冷却至650～700℃，最后经过退火得到高碳轧材。该方法简单，控制方便，能够缓解轧材中碳化物分布不均匀，存在网状碳化物的技术问题，应用前景良好。本发明提供的高碳轧材的碳化物分布均匀，网状碳化物水平较低，其加工质量和使用寿命等性能良好，能够将其作为轴承钢进行应用。

Description

高碳轧材及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高碳轧材制造领域，尤其是涉及一种高碳轧材及其制备方法和应用。
背景技术
随着科学技术的进步和社会经济的发展，轴承的应用范围不断扩大，市场需求逐年递增。然而在轴承钢的生产过程中，常常出现轴承钢碳化物分布不均匀的现象，甚至在轴承钢内形成网状碳化物，严重影响轴承钢的加工质量和使用寿命等性能。目前在我国生产的轴承钢实物材料中，不合格率高的惊人，即使合格的产品绝大部分的碳化物不均匀性都在标准指标要求的上限，规格越大的材料，网状碳化物的不均匀性指标越差，高碳轴承钢更是如此。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种高碳轧材的制备方法，该方法简单，控制方便，能够有效细化晶粒、破碎网状碳化物，将网状碳化物控制在较低水平，能够解决上述问题中的至少一种。
本发明的第二个目的在于提供一种高碳轧材，该高碳轧材的碳化物分布均匀，网状碳化物水平较低，其加工质量和使用寿命等性能良好。
本发明的第三个目的在于提供一种高碳轧材在轴承钢中的应用。
为了解决上述技术问题，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种高碳轧材的制备方法，包括以下步骤：
首先将钢材在奥氏体区加热至1130～1230℃，保温60～90min，然后于850～900℃进行终轧，再冷却至650～700℃，最后经过退火得到高碳轧材。
作为进一步技术方案，所述钢材包括GCr15SiMn钢、GCr15钢、Cr12钢和Cr12MoV中的至少一种，优选为GCr15SiMn钢。
作为进一步技术方案，所述加热的温度为1130～1150℃；
优选地，所述保温的时间为65～85min。
作为进一步技术方案，所述保温和终轧之间还包括除磷和初轧步骤。
作为进一步技术方案，所述终轧的温度为850～880℃；
优选地，所述终轧的速度为0.4～0.5m/s，优选为0.42～0.48m/s。
作为进一步技术方案，所述冷却为穿水冷却；
优选地，所述冷却后的温度为660～690℃。
作为进一步技术方案，所述退火为球化退火。
作为进一步技术方案，所述高碳轧材的直径为60～80mm。
第二方面，本发明提供了一种高碳轧材，采用上述高碳轧材的制备方法制备得到；
优选地，所述高碳轧材的直径为60～80mm。
第三方面，本发明提供了一种高碳轧材在轴承钢中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的高碳轧材的制备方法，将钢材依次经过加热保温、轧制、冷却和退火步骤制造得到轧材。首先将钢材充分保温，控制网状碳化物充分固溶进奥氏体中；然后进行轧制，细化晶粒，破碎网状碳化物；再经过冷却步骤，保证细化晶粒，防止碳化物形核长大；最后对钢材进行退火，得到碳化物分布均匀、网状碳化物在较低水平的轧材。该方法简单，控制方便，能够缓解轧材中碳化物分布不均匀，存在网状碳化物的技术问题，应用前景良好。
本发明提供的高碳轧材的碳化物分布均匀，网状碳化物水平较低，其加工质量和使用寿命等性能良好，能够将其作为轴承钢进行应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的轧制设备布置图；
图2为本发明实施例1提供的高碳轧材金相图(放大倍数100×)；
图3为本发明对比例1提供的高碳轧材金相图。
图标：1-平轧机；2-立轧机；3-飞剪机；4-脱头辊道；5-控冷设备。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一方面，本发明提供了一种高碳轧材的制备方法，包括以下步骤：
首先将钢材在奥氏体区加热至1130～1230℃，保温60～90min，然后于850～900℃进行终轧，再冷却至650～700℃，最后经过退火得到高碳轧材。
轧材是指用轧制方法生产的，具有一定断面形状的金属材料。含碳量较高的高碳轧材具有更高的耐磨性，原料要求低，成本廉价，例如其高碳钢材为GCr15SiMn钢、GCr15钢、Cr12钢和Cr12MoV等含碳量高的钢材。然而，由于高碳轧材中的碳化物含量较高，容易导致轧材中碳化物分布不均匀，甚至形成大量的网状碳化物，严重影响轴承钢的加工质量和使用寿命等性能。本发明提供了一种新的高碳轧材制备方法，能够控制轧材的网状碳化物在一个较低的水平，具有良好的应用前景。
首先，将钢材在奥氏体区进行加热保温。在912～1394℃时，体心立方结构的铁素体会相变成面心立方结构的奥氏体。奥氏体是钢铁的一种显微组织，其八面体间隙较大，可以容纳碳原子，从而减少网状碳化物的形成。
在本发明中，钢材加热典型但非限制性的温度为1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃或1230℃。钢材加热的温度需要严格控制，保证网状碳化物充分固溶进入奥氏体中。加热温度过低，网状碳化物溶解不充分，钢材中未溶网状碳化物，在轧后冷却时，会以此碳化物为形核点，迅速生成网状碳化物；加热温度过高，影响终轧温度及轧后冷却，造成后续轧制控温的被动，提高生产成本。将钢材的温度控制在1130～1230℃进行保温的效果最好。
在本发明中，钢材保温典型但非限制性的时间为60min、63min、66min、69min、70min、73min、76min、79min、80min、83min、86min、89min或60min。钢材保温的时间根据钢材的规格大小进行确定。例如直径大的钢材保温时间长，直径小的钢材保温时间相应缩短。
然后，将钢材进行轧制。轧制是指将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙(各种形状)，因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的加工方法，分为冷轧和热轧。在本发明中采用热轧对钢材进行轧制，得到形状规则的轧材。
在本发明中，终轧典型但非限制性的温度为850℃、855℃、860℃、865℃、870℃、875℃、880℃、885℃、890℃、895℃或900℃。控制终轧温度一方面可以细化晶粒，增加晶界面积。温度过高或过低均不利于晶粒的细化，温度过高，再结晶进行得快，缓冷时间长，故晶粒出现了长大现象；温度过低，由于再结晶动力学条件的限制，无法进行充分的再结晶，仅在某些三叉晶界处存在新生小晶粒，整体仍保持原始粗大奥氏体晶粒形貌。另一方面，控制轧制成形时网状碳化物的析出演化行为。形变温度越低，对网状破碎作用越强。高温轧后呈连续、封闭的网状碳化物；中温轧制呈竹节状、角状的不连续碳化物；低温轧制网状碳化物破碎成颗粒状。本发明采用低温轧制。
轧制之后是冷却。通过控制钢材轧制后的冷却条件来控制奥氏体组织状态、相变条件和碳化物析出行为，从而降低网状碳化物级别。
在本发明中，钢材冷却温度典型但非限制性的至650℃、655℃、660℃、665℃、670℃、675℃、680℃、685℃、690℃、695℃或700℃。通过对钢材冷却温度的控制，保证细化晶粒，并阻止网状碳化物的形核长大，降低网状碳化物级别。
冷却之后是退火。退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够长的时间，然后以适宜速度冷却。在本发明中，通过对钢材进行退火，细化晶粒，调整最终的碳化物组织。
本发明提供的高碳轧材的制备方法，将钢材依次经过加热保温、轧制、冷却和退火步骤制造得到轧材。首先将钢材充分保温，控制网状碳化物充分固溶进奥氏体中；然后进行轧制，细化晶粒，破碎网状碳化物；再经过冷却步骤，保证细化晶粒，防止碳化物形核长大；最后对钢材进行退火，得到碳化物分布均匀、网状碳化物在较低水平的轧材。该方法简单，控制方便，能够缓解轧材中碳化物分布不均匀，存在网状碳化物的技术问题。
在一种优选的实施方式中，钢材包括但不限于GCr15SiMn钢、GCr15钢、Cr12钢和Cr12MoV中的至少一种，或者采用本领域的技术人员熟知的与上述性质类似的其他高碳钢，优选为GCr15SiMn钢。
在一种优选的实施方式中，加热的温度为1130～1150℃；
优选地，所述保温的时间为65～85min。
在本发明中，通过对加热的温度和保温的时间进行进一步优化和调整，使得钢材中的碳化物能够更加充分的固溶进入奥氏体中，进一步减少网状碳化物的形成。
在一种优选的实施方式中，保温和终轧之间还包括除磷和初轧步骤。
在本发明中，钢材在轧制前还要进行除磷操作。除磷步骤为去除钢材表面的氧化铁，本发明对于钢材除磷的方式不做过多限制，采用本领域技术人员所熟知的除磷方式即可，例如为酸洗除磷、机械除磷、高压水除磷等，优选为高压水除磷。
在本发明中，轧制分为两次，终轧之前还要进行一次初轧，钢材初轧后，将钢材进行初步定形，缓解了终轧操作过程中机器的压力，有利于降低机器的坏损率，提高轧制的精度。
在一种优选的实施方式中，终轧的温度为850～880℃。
在本发明中，通过对终轧的温度进行进一步优化和调整，进一步细化晶粒，增加晶界面积，破碎网状碳化物，降低网状碳化物级别。
优选地，所述终轧的速度为0.4～0.5m/s，优选为0.42～0.48m/s。
在本发明中，终轧典型但非限制性的速度为0.4m/s、0.41m/s、0.42m/s、0.43m/s、0.44m/s、0.45m/s、0.46m/s、0.47m/s、0.48m/s、0.49m/s或0.5m/s。通过对终轧的速度进行进一步优化和调整，进一步细化晶粒，增加晶界面积，破碎网状碳化物，降低网状碳化物级别。
在一种优选的实施方式中，冷却为穿水冷却，将轧制后的钢材通入水中进行冷却降温。
优选地，所述冷却后的温度为660～690℃。
在本发明中，通过对冷却温度进行进一步优化和调整，进一步细化晶粒，阻止网状碳化物的形核长大，降低网状碳化物级别。
在一种优选的实施方式中，退火为球化退火。
在本发明中，球化退火为采用本领技术人员所熟知的常规球化退火操作，通过对冷却后的钢材进行球化退火，进一步调整最终的碳化物组织，能够得到具有均匀分布的球状或颗粒状的碳化物组织的铁素体。
在一种优选的实施方式中，高碳轧材的直径为60～80mm。
在本发明中，高碳轧材典型但非限制性的直径为60mm、62mm、64mm、66mm、68mm、70mm、72mm、74mm、76mm、78mm或70mm。通过采用本发明提供的制备方法能够制备得到网状碳化物在较低水平、直径为60～80mm的高碳轧材。
第二方面，本发明提供了一种高碳轧材，采用上述高碳轧材的制备方法制备得到；
优选地，高碳轧材的直径为60～80mm。
在本发明中，通过采用本发明提供的高碳轧材的制备方制备得到高碳轧材，其碳化物分布均匀，网状碳化物水平较低，其加工质量和使用寿命等性能良好。
第三方面，本发明提供了一种高碳轧材在轴承钢中的应用。
本发明提供的高碳轧材碳化物分布均匀，网状碳化物水平较低，其加工质量和使用寿命等性能良好，能够将其应用于轴承钢中。
下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
实施例1
本实施例提供了一种高碳轧材，采用以下方法制备得到：
首先将GCr15SiMn钢在奥氏体区加热至1130℃保温60min，然后进行除磷和初轧，再在850℃以0.4m/s的轧制速度进行终轧，之后快速穿水冷却至650℃，最后经过退火操作制备得到直径为60mm的高碳轧材。
实施例2
本实施例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于加热温度为1180℃，保温时间为85min。
实施例3
本实施例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于加热温度为1230℃，保温时间为90min。
实施例4
本实施例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于终轧温度为875℃，终轧速度为0.45m/s。
实施例5
本实施例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于终轧温度为900℃，终轧速度为0.5m/s。
实施例6
本实施例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于钢材为GCr15钢，穿水冷却至675℃。
实施例7
本实施例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于钢材为Cr12MoV钢，穿水冷却至700℃。
对比例1
本对比例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于加热温度为1150℃，保温时间为40min。
对比例2
本对比例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于终轧温度为950℃，终轧速度为0.6m/s。
对比例3
本对比例提供了一种高碳轧材，制备方法与实施例1的区别在于穿水冷却至800℃。
试验例1
轧制设备布置图如图1所示，连轧生产该规格使用轧机11架次，其中，6架平轧机1，5架立轧机2，1架飞剪机3，飞剪机3后设置脱头辊道4。控冷设备5位于11架次轧机后，其最大设置水量为150m3/h，控冷能力为100～150℃。
采用500倍金相显微镜，根据碳化物分叉交角、大小、成线和成网程度评定实施例1-7和对比例1-3提供的高碳轧材(GB/T 18254—2002)的网状碳化物级别。其中，1级碳化物呈点状分布，可有少量短线；2级碳化物连成少量的直线和不明显的交角；3级断续的碳化物形成半网；4级碳化物呈封闭的不连续网；5级碳化物呈明显的网。结果如表1所示。
表1实施例1-7和对比例1-3提供的高碳轧材(GB/T 18254—2002)的网状碳化物级别
从表1中可以看出，采用本发明提供的高碳轧材的制备方法制备得到的高碳轧材的网状碳化物级别要明显低于采用其他方法制备得到的高碳轧材。图2为本发明实施例1提供的高碳轧材金相图，图3为本发明对比例1提供的高碳轧材金相图，从图中可以看出，实施例提供的高碳轧材的碳化物分布均匀，碳化物仅连成少量的直线和不明显的交角；而对比1提供的高碳轧材地网状碳化分布不均匀，有断续的碳化物形成半网。本发明提供的高碳轧材的网状碳化物水平低，其加工质量和使用寿命等性能也相应的较好，而且本制备方法简单，控制方便，能够缓解轧材中碳化物分布不均匀，存在网状碳化物的技术问题，应用前景良好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高碳轧材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先将钢材在奥氏体区加热至1130～1230℃，保温60～90min，然后于850～900℃进行终轧，再冷却至650～700℃，最后经过退火得到高碳轧材。
2.根据权利要求1所述的高碳轧材的制备方法，其特征在于，所述钢材包括GCr15SiMn钢、GCr15钢、Cr12钢和Cr12MoV中的至少一种，优选为GCr15SiMn钢。
3.根据权利要求1所述的高碳轧材的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为1130～1150℃；
优选地，所述保温的时间为65～85min。
4.根据权利要求1所述的高碳轧材的制备方法，其特征在于，所述保温和终轧之间还包括除磷和初轧步骤。
5.根据权利要求1所述的高碳轧材的制备方法，其特征在于，所述终轧的温度为850～880℃；
优选地，所述终轧的速度为0.4～0.5m/s，优选为0.42～0.48m/s。
6.根据权利要求1所述的高碳轧材的制备方法，其特征在于，所述冷却为穿水冷却；
优选地，所述冷却后的温度为660～690℃。
7.根据权利要求1所述的高碳轧材的制备方法，其特征在于，所述退火为球化退火。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高碳轧材的制备方法，其特征在于，所述高碳轧材的直径为60～80mm。
9.一种高碳轧材，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的高碳轧材的制备方法制备得到；
优选地，所述高碳轧材的直径为60～80mm。
10.权利要求9所述的高碳轧材在轴承钢中的应用。
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