CN110016541A - 一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法 - Google Patents
一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于特殊钢加工技术领域,涉及一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法。该方法包括轧制和退火的步骤,轧制步骤为:开轧温度为950~1000℃,终轧温度810~840℃,轧后冷速不小于15℃/s,水冷至200~630℃,当水冷后钢坯温度低于550℃时,将钢坯升温至550~630℃,随后等温2~10min后空冷或以0.1~3℃/s的冷速冷却至室温;当水冷后钢坯温度高于550℃时,将钢坯保温2~10min后空冷或以0.1~3℃/s的冷速冷却至室温。本发明所述的通过控轧控冷工艺缩短GCr15球化退火时间的方法,其热轧组织显著优化,球化退火工艺明显缩短,节省了能源,提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于特殊钢加工技术领域,具体涉及一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法。
背景技术
GCr15轴承钢仍是目前应用最为广泛的高碳铬轴承钢,主要用于制造轴承的滚珠、滚柱和轴承套圈等。热轧态所形成的组织中主要为珠光体相和先共析渗碳体相,难于切削,为了改善切削性能,需要对其进行球化退火处理,退火过程中片层状的渗碳体会溶解成球状的渗碳体,经球化退火后的组织最理想的状态是铁素体基体中弥散分布着细小均匀的渗碳体颗粒。便于加工的同时,对最终产品的性能也会产生影响。
影响球化退火组织的因素不仅包括奥氏体化温度和奥氏体化时间,究其根本是由片层渗碳体厚度决定的,尤其是晶界的先共析渗碳体,若控制不准确,很容易形成尺寸较厚的渗碳体,甚至是网状渗碳体。目前对于网状渗碳体的控制轧制和控制冷却工艺已有相关研究,但抛开网状碳化物的问题,若能进一步控制晶界渗碳体的尺寸在一定范围内,对缩短奥氏体化时间非常有利,同时所形成的球化退火组织中的渗碳体颗粒更加细小、弥散、均匀,对轴承产品的加工质量,使用寿命和可靠性能具有积极的作用。
专利申请号CN201610750155,涉及一种控制大断面GCr15轴承钢网状碳化物析出的轧制方法,精轧工序中开轧温度为830~850℃;精轧后冷却速率为50~150℃/s,轧件冷却至550~670℃。该专利轧制温度较高,轧后冷却过程中,晶界碳化物不易控制,所需冷却速率大,对于大断面棒材,心部冷却速率小,所形成的晶界渗碳体尺寸较粗大,球化退火过程中难以消除;同时穿水后冷却温度较高,冷床堆冷过程中,容易形成粗大的晶界渗碳体,所需球化退火时间较长。
专利申请号CN201710411463,涉及一种GCr15轴承钢热轧后在线快速球化退火方法,该工艺将待轧试样加热到1000~1200℃,等温30~60min;在950~1000℃进行轧制,压下量为20%~30%;终轧温度为760~800℃,压下量为10%~25%;将轧后钢板在720~750℃进行等温处理,等温时间为3~5h;等温处理后,炉冷至600±20℃,空冷。该专利轧制温度较低,对变形抗力较大,对轧机强度要求高,同时影响轧机寿命;且球化退火时间较长,总用时6~10h,生产效率低。
专利申请号CN201810665068,一种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。该专利水冷至550~650℃,所形成的珠光体片层间距较大,同时在随后的加热过程中容易形成粗大的晶界渗碳体,因此需要在790~800℃保温较长时间,以溶解尺寸较大的渗碳体相。
目前工业上采用的控轧控冷工艺能够满足网状碳化物级别<2.0的要求,但所获得的热轧组织所需奥氏体化时间较长,晶界渗碳体溶解的同时,组织中的小颗粒渗碳体也会逐渐溶解,最后导致渗碳体颗粒尺寸极度不均。有些轧制工艺虽避免了晶界渗碳体和珠光体的形成,但后续球化退火工艺仍需等温3~5h,所需球化退火时间需要足够充足才能达到球化数量上的要求。因此,实现对热轧态组织的进一步优化,降低珠光体片层间距和晶界渗碳体的尺寸,从而降低球化退火时间以及提高球化退火组织的质量仍是目前最为有效、快速的方法,所获得的产品最终稳定性高,保证了产品的质量。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15球化退火时间的方法。本发明所需球化退火时间明显缩短,提高了生产效率,降低了能耗,优化了球化退火组织。
一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法,该方法包括轧制和退火的步骤,其中,所述轧制步骤为:开轧温度为950~1000℃,终轧温度810~840℃,轧后冷速不小于15℃/s,水冷至200~630℃,
当水冷后钢坯温度低于550℃时,将钢坯升温至550~630℃,随后等温2~10min后空冷或以0.1~3℃/s的冷速冷却至室温;
当水冷后钢坯温度高于550℃时,将钢坯保温2~10min后空冷或以0.1~3℃/s的冷速冷却至室温。
本发明所述通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法中,所述退火工艺为:将钢坯随炉升温,在780~800℃下进行保温,保温时间0.4~1h,然后炉冷到710~730℃范围内某一温度等温1h,随后炉冷至620~650℃,再空冷至室温。
进一步地优选,将钢坯随炉升温,以5~20℃/min加热速率在780~800℃下进行保温,保温时间0.4~1h,然后以2~3℃/min的冷却速率炉冷到710~730℃范围内某一温度等温1h,随后以30~40℃/h的冷速炉冷至620~650℃,再空冷至室温。
进一步地,轧制分为2~3道次,总压下量为30~50%,其中,第一道次轧制在再结晶温度区间,压下率为20~30%;第二道次轧制或第三道次轧制在未完全再结晶温度区间,压下率为10~30%。
进一步地,进行轧制前将GCr15轴承钢钢坯于1150℃进行等温处理,处理时间30min。
上述技术方案中,所述钢坯可根据现有技术公开的GCr15轴承钢钢坯的制备方法制得或可直接通过商业渠道购得。
利用本发明所述方法进行轧制后所得钢材的热轧组织中,晶界渗碳体尺寸小于200nm,珠光体片层间距小于100nm。
本发明的有益效果:
本发明的有益效果:本发明所述的通过控轧控冷工艺缩短GCr15球化退火时间的方法,其热轧组织显著优化,球化退火工艺明显缩短,节省了能源,提高了生产效率。此外,终轧温度控制在810~840℃,有效降低先共析碳化物析出温度;热轧后以不低于15℃/s的速度进行水冷,可以降低晶界碳化物析出的尺寸和体积分数,避免网状碳化物的形成;热轧后水冷至200~630℃,可以避开晶界渗碳体析出的温度区间;随后将钢材保温2~10min或以0.1~3℃/s的冷速冷却至室温,在此步骤前,若钢材水冷至550℃以下,则需将钢材先加热至550~630℃,以完成珠光体的转变。该温度区间可以获得细化的片层状珠光体,其片层间距小于100nm,晶界碳化物尺寸小于200nm,同时可以提高珠光体转变的体积分数,降低马氏体体积分数,避免微裂纹的产生;随后以5~20℃/min加热速率至780~800℃进行保温,保温时间为0.4~1h,缩短了奥氏体化时间;然后以2~3℃/min的冷速炉冷至710~730℃等温1h,以30~40℃/h的冷速炉冷至620~650℃,最后空冷至室温,获得了优良的球化退火组织,根据国家标准(GB/T 18254-2016)中的球化退火组织评级,可达到1级,硬度不大于199HBW,在GB/T 18254-2016标准范围内。
附图说明
图1为本发明实施例1中GCr15轴承钢球化退火后的显微组织;
图2为本发明实施例2中GCr15轴承钢球化退火后的显微组织;
图3为本发明对比例1中GCr15轴承钢球化退火后的显微组织;
图4为本发明对比例2中GCr15轴承钢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,按重量百分比计,GCr15轴承钢试样的成分为:C 1.02%,Cr1.31%,Mn 0.3%,Si 0.22%,Ni 0.04%,Cu 0.13%,Ti 0.005%,Mo 0.025%,Al0.022%,S 0.002%,P 0.002%,余量为Fe,GCr15轴承钢轧制前的尺寸为50mm×30mm×80mm。
本发明实施例中采用了电子探针(JEOLJXA-8530F)和扫描电镜(ULTRA 55)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#、400#、600#、800#、1000#、1200#和1500#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5s。
实施例1
一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法,包括下述工艺步骤:
1、将GCr15轴承钢试样加热到1150℃,等温处理30min。
2、试样的初始厚度为30mm,等温处理后,在950℃进行单道次轧制,压下量为9mm,轧后厚度为21mm,目的是减小奥氏体晶粒。
3、第一道次轧制后,空冷待温度降至900℃,进行第二道次轧制,压下量为4mm,轧后厚度为17mm。目的是细化奥氏体晶粒,同时变形导致晶界处形成的少量先共析渗碳体断裂,而不至于形成网状渗碳体。
4、第二道次轧制后,空冷待度降温至840℃,进行第三道次轧制,压下量为4mm,轧后厚度为13mm,此时奥氏体晶粒进一步细化,同时晶界面积增多,且形成的晶棱和晶隅数量增加,为珠光体的快速形核提供了有利条件。
5、轧后进行快速冷却,水冷5s,冷却速率为44℃/s,冷却至620℃,材料返红情况不明显,随后空冷至室温,空冷冷速为2℃/s。
6、将试样随炉升温至790℃,等温时间40min。
7、随炉冷却至720℃,冷却速率为2.3℃/min,720℃下等温1h。
8、随炉冷却至650℃,冷却速率为35℃/h,随后空冷至室温。
如图1所示为电子探针下所观察到的球化组织,球化退火组织级别为1级,硬度为190HBW,球化退火组织的显微硬度符合国家标准。
实施例2
一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法,包括下述工艺步骤:
1、将GCr15轴承钢试样加热到1150℃,等温处理30min。
2、试样的初始厚度为30mm,等温处理后,在950℃进行单道次轧制,压下量为9mm,轧后厚度为21mm,目的是减小奥氏体晶粒。
3、第一道次轧制后,空冷待温度降至900℃,进行第二道次轧制,压下量为4mm,轧后厚度为17mm。目的是细化奥氏体晶粒,同时变形导致晶界处形成的少量先共析渗碳体断裂,而不至于形成网状渗碳体。
4、第二道次轧制后,空冷待温度降至840℃,进行第三道次轧制,压下量为4mm,轧后厚度为13mm,此时奥氏体晶粒进一步细化,同时晶界面积增多,且形成的晶棱和晶隅数量增加,为珠光体的快速形核提供了有利条件。
5、轧后进行快速冷却,水冷10s,冷却速率为33℃/s,冷却至510℃,立即放入炉温为570℃的炉中保温5min后空冷至室温。
6、将试样随炉升温至790℃,等温30min。
7、随炉冷却至720℃,冷却速率为2.3℃/min,720℃等温1h。
8、随炉冷却至650℃,冷却速率为35℃/h,随后空冷至室温。
如图2所示为电子探针下所观察到的球化组织,球化退火组织级别为1级,硬度为199HBW,球化退火组织的显微硬度符合国家标准。
对比例1
方法同实施例1,不同点在于,轧后进行快速冷却,冷却速率为32℃/s,冷却至517℃,随后空冷至室温。球化退火方法如下:将试样随炉升温至790℃,等温时间30min,2.3℃/min冷却到720℃,等温1h,随炉冷却至650℃,冷却速率为35℃/h,随后空冷至室温。扫描电镜下的球化退火组织如图3所示,与实施例1相比渗碳体颗粒的体积分数较多,硬度为217HBW,超过了国家标准的要求。原因是轧制后立即水冷至517℃,温度较低,在随后的空冷过程中,只有少量珠光体在晶界处形成,组织中多为马氏体,球化退火过程中形成的碳化物数量增多,尺寸较小,硬度较高。
对比例2
方法同实施例1,不同点在于,轧后进行快速冷却,冷却速率为45℃/s,冷却至680℃,随后空冷至室温,空冷冷速为2℃/s。球化退火方法如下:将试样随炉升温至790℃,等温时间60min,2.3℃/min冷却到720℃,等温1h,随炉冷却至650℃,冷却速率为35℃/h,随后空冷至室温。球化退火组织如图4所示,经过60min的奥氏体化,晶界仍存在较多未溶的棒状的渗碳体,渗碳体颗粒尺寸极度不均,而未溶的渗碳体影响切削性能,且未达到国标要求。
Claims (5)
1.一种通过控轧控冷工艺缩短GCr15轴承钢球化退火时间的方法,其特征在于:该方法包括GCr15轴承钢轧制和退火的步骤,其中,所述轧制步骤为:开轧温度为950~1000℃,终轧温度810~840℃,轧后冷速不小于15℃/s,水冷至200~630℃,
当水冷后钢坯温度低于550℃时,将钢坯升温至550~630℃,随后等温2~10min后空冷或以0.1~3℃/s的冷速冷却至室温;
当水冷后钢坯温度高于550℃时,将钢坯保温2~10min后空冷或以0.1~3℃/s的冷速冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述退火工艺为:将钢坯随炉升温,在780~800℃下进行保温,保温时间0.4~1h,然后炉冷到710~730℃范围内某一温度等温1h,随后炉冷至620~650℃,再空冷至室温。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:轧制分为2~3道次,总压下量为30~50%,其中,第一道次轧制在再结晶温度区间,压下率为20~30%;第二道次轧制或第三道次轧制在未完全再结晶温度区间,压下率为10~30%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:进行轧制前将钢坯于1150℃进行等温处理,处理时间30min。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述轧制后所得钢材的热轧组织中,晶界渗碳体尺寸小于200nm,珠光体片层间距小于100nm。
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CN110016541B (zh) | 2020-10-23 |
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