CN112662934A

CN112662934A - 一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法

Info

Publication number: CN112662934A
Application number: CN202011374294.6A
Authority: CN
Inventors: 邱军华; 陶涛; 温永红; 周云
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明公开了一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，该方法通过合理的连铸大压下、加热扩散和轧制手段，降低轴承钢100Cr6的碳化物带状组织，可有效提高轴承钢的接触疲劳寿命。采用该方法生产的100Cr6轴承最大直径能达到65mm，超声波探伤达到GB/T 37566 3级探伤标准，碳化物带状在2.0级以内，能够满足高标准要求用户的质量标准。

Description

一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法

技术领域

本发明涉及一种钢的生产方法，具体涉及一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法。

背景技术

100Cr6属于高碳铬轴承钢，由于其加工工艺性好，便于得到较稳定而均匀的组织和高而稳定的硬度，具有良好的耐磨性和抗接触疲劳性能，合适的弹性和韧性，主要用于制造滚动轴承，如滚珠、滚柱和套圈等。广泛用于铁路交通、机械零件、电机轴承、汽车等领域。

轴承钢100Cr6的成分属于过共析钢，钢水在连续浇铸凝固时发生树枝状偏析。富含铬和碳的偏析区将析出较多的碳化物，热变形时偏析区域被拉长，在钢材纵断面的显微磨片下呈现为碳化物带状组织。由碳化物带状引起淬火组织的不均匀性使得零件的内应力增加，造成轴承零件表面硬度的不均匀性，严重碳化物带状的存在，还是淬火裂纹的形成根源。随着碳化物带状的减少或消除，淬火后钢的硬度均匀性、淬透性深度、弯曲强度、接触疲劳强度与耐磨性均会提高。因此，需要降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织。

发明内容

发明目的：为了有效降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织，本发明提供一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，。

技术方案：本发明所述的一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，包括如下步骤：

(1)冶炼工序：转炉炼钢后进行LF炉外精炼，然后经过RH真空脱气得钢水；

(2)连铸工序：采用高碳钢专用保护渣作为结晶器浇注保护渣，在钢水凝固末端采用电磁搅拌和动态重压下技术；

(3)加热工序：连铸坯的入炉温度在350℃以上，预热段及加热段低温区以 50～70℃/h的速度升温至800～1000℃；加热段高温区以80～100℃/h的速度升温至1210～1240℃；加热段高温区和均热段的加热时间之和在6h以上，在炉总时间为9～14h；

(4)轧制工序：钢坯出炉后经高压水除鳞，采用低速大压下技术，粗轧前三道次单道次的变形区形状参数大于0.70，轧制不同道次到规格Ф16-65mm的成品。

其中，所述步骤(1)中，转炉炼钢采用洁净钢冶炼方式，钢水采用铝块脱氧，待脱氧达到预期效果后加入合金调整成分到目标值。

所述步骤(1)中，LF精炼采用碳化硅脱氧，精炼时间保证40分钟以上。

所述步骤(1)中，RH脱气真空度≤2.5mbar保持30分钟以上，破真空后吹 Ar静搅时间30分钟以上。

所述步骤(2)中，连铸重压下总压下量≥20mm。

所述步骤(3)中，连铸坯的尺寸为250×300mm。

具体的，该轴承钢100Cr6的成分以质量百分比计，包括：C：0.95～1.05％、 Si：0.15～0.35％、Mn：0.25～0.45％、Cr：1.40～1.65％、P≤0.020％、S≤0.020％、余量的Fe和不可避免的杂质。

有益效果：该方法在连铸钢水凝固末端采用电磁搅拌和动态重压下技术，有效降低了钢坯芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷和偏析级别，提高钢坯内部质量。加热工序中，采用预热段缓慢加热、加热段快速升温的加热策略，并且适当提高加热炉加热段高温区及均热段温度，增加钢坯在高温加热段的扩散时间，有效提高钢坯的高温扩散效果，以使得加热后钢坯元素扩散均匀。轧钢工序保持单道次大压下的原则，轧制时的前三道次单道次的变形区形状参数大于0.70，以达到芯部的最大变形渗透，从而提高钢材截面性能的均匀性，进而有效降低轴承钢 100Cr6的碳化物带状组织，提高成材率，提高轴承钢的疲劳寿命。采用该方法生产的100Cr6轴承最大直径能达到65mm，超声波探伤达到GB/T 37566 3级探伤标准，碳化物带状在2.0级以内，能够满足高标准要求用户的质量标准。

附图说明

图1为实施例1的直径16mm轴承钢100Cr6沿轧制方向表面带状组织图；

图2为实施例1的直径16mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/4位置带状组织图；

图3为实施例1的直径16mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/2位置带状组织图；

图4为实施例2的直径40mm轴承钢100Cr6沿轧制方向表面带状组织图；

图5为实施例2的直径40mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/4位置带状组织图；

图6为实施例2的直径40mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/2位置带状组织图；

图7为实施例3的直径65mm轴承钢100Cr6沿轧制方向表面带状组织图；

图8为实施例3的直径65mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/4位置带状组织图；

图9为实施例3的直径65mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/2位置带状组织图。

具体实施方式

实施例1：直径为16mm，成分以质量百分比计C：0.97％、Si：0.24％、Mn： 0.32％、Cr：1.47％、Mo：0.004％、P：0.009％、S：0.002％、Al：0.011％，余量的铁和杂质。制备包括以下步骤：

(1)采用洁净钢冶炼方式，降低钢中S和P含量，LF精炼时间40min以上， RH真空处理，真空度≤2.5mbar保持30min，破真空后吹Ar静搅时间30min。连铸钢水过热度10℃，采用末端强搅拌和重压下技术，末搅电流为700A、频率为8Hz，总压下量20mm，保证250×300mm连铸坯的内部质量。

(2)钢坯入炉温度450℃，预热段缓慢加热，以70℃/h速度升温至860℃，加热段以100℃/h的速度升温至1226℃，均热段温度控制在1212℃，钢坯高温段在炉时间430min，在炉总时间为600min。

(3)轧制前三道次压下量增加，变形区形状参数分别为0.76、0.83、0.97，增加钢坯芯部的变形程度，进一步改善芯部致密度和组织均匀性。

经由上述制造工艺制得的直径16mm圆钢截面碳化物带状组织，综合性能优异，超声波探伤满足GB/T 37566 3级，其主要性能详见表1。

由图1、图2、图3可知，按照实例1工艺生产的轴承钢100Cr6圆钢表面、 1/4位置和1/2位置的碳化物带状组织均不超过2级，组织均匀性程度较高。

实施例2：直径为40mm，成分以质量百分比计C：0.99％、Si：0.23％、Mn： 0.31％、Cr：1.45％、Mo：0.003％、P：0.011％、S：0.002％、Al：0.012％，余量为铁和杂质。制备包括以下步骤：

(1)采用洁净钢冶炼方式，降低钢中S和P含量，LF精炼时间40min以上， RH真空处理，真空度≤2.5mbar保持32min，破真空后吹Ar静搅时间33min。连铸钢水过热度20℃，采用末端强搅拌和重压下技术，末搅电流为700A、频率为8Hz，总压下量20mm，保证250×300mm连铸坯的内部质量。

(2)钢坯入炉温度400℃，预热段缓慢加热，以60℃/h速度升温至870℃，加热段以95℃/h的速度升温至1230℃，均热段温度控制在1215℃，钢坯高温段在炉时间422min，在炉总时间为580min。

(3)轧制前三道次压下量增加，变形区形状参数分别为0.75、0.88、0.97，增加钢坯芯部的变形程度，进一步改善芯部致密度和组织均匀性。

经由上述制造工艺制得的直径40mm圆钢截面碳化物带状组织，综合性能优异，超声波探伤满足GB/T 37566 3级，其主要性能详见表1。

由图4、图5、图6可知，按照实例1工艺生产的轴承钢100Cr6圆钢表面、 1/4位置和1/2位置的碳化物带状组织均不超过2级，组织均匀性程度较高。

实施例3：直径为65mm，其化学成分及质量百分含量为：C：0.98％、Si： 0.24％、Mn：0.30％、Cr：1.47％、Mo：0.002％、P：0.010％、S：0.002％、Al： 0.013％，余量为铁和杂质。

(1)采用洁净钢冶炼方式，降低钢中S和P含量，LF精炼时间40min以上， RH真空处理，真空度≤2.5mbar保持31min，破真空后吹Ar静搅时间31min。连铸钢水过热度35℃，采用末端强搅拌和重压下技术，末搅电流为700A、频率为8Hz，总压下量20mm，保证250×300mm连铸坯的内部质量。

(2)钢坯入炉温度420℃，预热段缓慢加热，以50℃/h速度升温至865℃，加热段以90℃/h的速度升温至1228℃，均热段温度控制在1217℃，钢坯高温段在炉时间425min，在炉总时间为650min。

(3)轧制前三道次压下量增加，变形区形状参数分别为0.73、0.85、0.98，增加钢坯芯部的变形程度，进一步改善芯部致密度和组织均匀性。

经由上述制造工艺制得的直径65mm圆钢截面碳化物带状组织，综合性能优异，超声波探伤满足GB/T 37566 3级，其主要性能详见表1。

由图7、图8、图9可知，按照实例1工艺生产的轴承钢100Cr6圆钢表面、 1/4位置和1/2位置的碳化物带状组织均不超过2级，组织均匀性程度较高。

表1为各实施例所生产轴承钢100Cr6的碳化物带状级别

上述实施例1～3，所有产品均符合探伤要求。由表1可以看出上述实施例所有圆钢产品在纵截面碳化物带状级别较低，完全符合轴承钢100Cr6的生产要求。

同时，还提供了以下实施例以证明按照本发明的方法生产的轴承钢100Cr6 均能产生相同技术效果。各实施例的成分组成如表2所示(余量为Fe和杂质)：

表2为各实施例成分组成(wt.％)

序号	直径	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Al
										4	30	1.00	0.26	0.45	0.016	0.011	1.65	0	0.012
5	20	0.95	0.15	0.26	0.020	0.007	1.43	0.003	0
										6	55	1.05	0.31	0.25	0.018	0.020	1.52	0	0
7	25	0.98	0.35	0.33	0.019	0.016	1.40	0.002	0.013

各工序的主要工艺参数见表3：

表3为各实施例工艺参数

制得圆钢截面碳化物带状组织，综合性能优异，超声波探伤满足GB/T 37566 3级，其主要性能详见表4。

表4为各实施例所生产轴承钢100Cr6的碳化物带状级别

上述实施例4～7，所有产品均符合探伤要求。由表4可以看出上述实施例所有圆钢产品在纵截面碳化物带状级别较低，完全符合轴承钢100Cr6的生产要求。

Claims

1.一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(3)加热工序：连铸坯的入炉温度在350℃以上，预热段及加热段低温区以50～70℃/h的速度升温至800～1000℃；加热段高温区以80～100℃/h的速度升温至1210～1240℃；加热段高温区和均热段的加热时间之和在6h以上，在炉总时间为9～14h；

2.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，转炉炼钢采用洁净钢冶炼方式，钢水采用铝块脱氧，待脱氧达到预期效果后加入合金调整成分到目标值。

3.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，LF精炼采用碳化硅脱氧，精炼时间保证40分钟以上。

4.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，RH脱气真空度≤2.5mbar保持30分钟以上，破真空后吹Ar静搅时间30分钟以上。

5.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，连铸重压下总压下量≥20mm。

6.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，连铸坯的尺寸为250×300mm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法，其特征在于，轴承钢100Cr6的成分以质量百分比计，包括：C：0.95～1.05％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.25～0.45％、Cr：1.40～1.65％、P≤0.020％、S≤0.020％、余量的Fe和不可避免的杂质。