CN113714280A - 一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺 - Google Patents

一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，涉及钢铁生产技术领域，包括：炼钢→连铸→加热→轧制→探伤→精整→检验→入库，具体：连铸：采用结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌+轻重压下工艺；加热：预热段缓慢加热，加热段快速升温，提高到合适的加热温度，增加钢坯在高温加热段的扩散时间；轧制：钢坯出炉后经高压水除鳞，采用低速大压下技术，粗轧机组联级降速，轧制不同道次到规格Ф16～60mm的成品。基于连铸‑轧钢生产工艺，通过合理的铸坯有效加热时间控制、轧制工艺设定，改善轴承钢100Cr6的心部显微孔隙缺陷，可有效提高轴承钢的合格率。

Description

一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺。
背景技术
100Cr6属于高标准要求的高碳铬轴承钢，主要用于制造滚动轴承，如套圈、滚子等产品，广泛用于汽车、铁路交通、机械零件、电机轴承、家电等领域。轴承是典型的重要基础性部件，其工作特点是承受强冲击和交变载荷，其损坏的主要原因是微小裂纹的扩展。因此，内部组织的均匀与致密是十分重要的。
轴承钢内部组织缺陷是形成微裂纹的主要原因，除常见的非金属夹杂物、碳化物液析、碳化物带状等缺陷外，显微孔隙也是一种严重缺陷，它会破坏轴承钢基体的连续性与致密性。通过对出现显微孔隙的产品取样金相观察分析，可以看到，该种缺陷是沿晶界断续形成不规则形状的裂纹或孔隙，且该种缺陷大都出现于钢材的中心部位，沿轧制方向呈现条带状分布。进一步分析可以判断析缺陷区有碳化物偏析，局部区域出现较高浓度碳化物堆积现象。
高碳铬轴承钢含碳量在1.0%左右，属于过共析钢。浇铸时一次碳化物(Fe3C)产生枝晶偏析。在轧钢厂进行加热过程中，碳化物如不能充分溶解扩散，在钢材上即产生液析，但如果加热温度过高，扩散时间过长，碳化物即熔化或消失留下孔洞甚至产生内烧，孔洞如果在以后的轧制过程中不能焊合，即形成显微孔隙。
轧钢工序与显微孔隙形成相关工艺参数分析：
在轧钢工序中，铸坯加热温度、有效加热时间和轧制工艺与显微孔隙形成有关。
加热温度对显微孔隙的影响：加热温度的高低，直接影响铸坯中聚集的碳化物能否有效扩散或是否产生过烧，因此，合理的加热温度是必要的。
有效加热时间与显微孔隙的关系：控制出钢速度实际上是控制铸坯加热时间和铸坯内外透烧、组织一致性。合适的有效加热时间是铸坯中聚集的碳化物有效扩散的条件之一，同时也影响作业率及生产效率，需统筹考虑。
轧制工艺对显微孔隙的影响：从实际生产统计数据看，直径40mm以上规格钢材显微孔隙出现几率较高，主要是轧制压缩比对其心部的变形焊合能力不一。轧制状态需考虑三个方向的应力状态及心部渗透能力，因整个轧线的料型制度为基本固定，故重点需考虑粗轧区域（0架—4架）轧制工艺对圆钢心部区域显微孔隙的改善效果。
因此，基于连铸-轧钢的生产线，通过合理的连铸、加热和轧制手段，开发一种改善轴承钢100Cr6棒材心部显微孔隙的生产工艺，可以提高圆钢的心部合格率，满足客户高质量要求及高端市场需求，具有重要的应用前景。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，包括：炼钢→连铸→加热→轧制→探伤→精整→检验→入库，具体：
连铸：采用结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌+轻重压下工艺；
加热：预热段缓慢加热，加热段快速升温，提高到合适的加热温度，增加钢坯在高温加热段的扩散时间；
轧制：钢坯出炉后经高压水除鳞，采用低速大压下技术，粗轧机组联级降速，轧制不同道次到规格Ф16～60mm的成品。
技术效果：本发明基于连铸-轧钢生产工艺，通过合理的铸坯有效加热时间控制、轧制工艺设定，改善轴承钢100Cr6的心部显微孔隙缺陷，可有效提高轴承钢的合格率。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，连铸中间包钢水过热度为10～35℃，采用弱冷工艺及恒拉速浇注。
前所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，结晶器电磁搅拌按300A×1.7HZ控制；凝固末端电磁搅拌按800A×6.0HZ控制；采用轻重压下组合使用，总压下量按20～25mm控制。
前所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，钢坯入炉温度≤400℃，钢坯在预热段及加热一段逐步升温至850～1000℃；加热二段以100～150℃/h的速度升温至1150～1200℃；均热段高温区按1190～1220℃保温，保温扩散时间≥120min，在炉总时间为4～6h。
前所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，250×300mm铸坯出炉经高压水除鳞，粗轧区域0架-4架采用联级降速控制，S04架出口速度按0.3 m/s目标控制，粗轧前3道次压下量分配调整，确保每道次压下量均在55mm以上。
前所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，其化学成分按质量百分比计为：C：0.95%～1.05%，Si：0.15%～0.35%，Mn：0.25%～0.45%，Cr：1.40%～1.65%，P≦0.025%，S≦0.025%，余量为铁。
前所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，碳化物带状2.5级以下，圆钢显微孔隙合格。
本发明的有益效果是：
（1）本发明连铸过程中，在结晶器及凝固末端均采用电磁搅拌，同时采用轻重压下组合技术，总压下量20～25mm，有利于减缓钢坯芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷和偏析，提高连铸坯内部质量；
（2）本发明连铸坯在轧钢厂加热过程中，通过控制加热炉各段合适的加热温度及铸坯在高温段的有效高温扩散时间，达到铸坯心部区域偏析有效扩散且无加热过热缺陷；
（3）本发明钢坯出炉后经高压水除鳞后进入粗轧，粗轧区域采用联级降速控制和压下量分配调整，调整粗轧各道次的应力状态及提高心部区域变形渗透能力，提高塑性变形功的转化效率，降低热损耗，从而提高轧件心部区域的焊合能力及圆钢心部区域的致密度，从而提高圆钢心部区域的致密度，降低圆钢心部区域显微孔隙出现的概率。
附图说明
图1-3为实施例1的直径40mm 轴承钢100Cr6沿轧制方向组织图，无显微孔隙；
图4-6为实施例2的直径50mm 轴承钢100Cr6沿轧制方向组织图，无显微孔隙；
图7-9为实施例3的直径60mm 轴承钢100Cr6沿轧制方向组织图，无显微孔隙。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，选取250×300mm的100Cr6连铸坯，加热后轧制的钢材直径为40mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.97%、Si：0.24%、Mn：0.32%、Cr：1.47%、Mo：0.004%、P：0.009%、S：0.002%、Al：0.011%，余量为铁。
包括以下步骤：炼钢→连铸→加热→轧制→探伤→精整→检验→入库，具体：
（1）采用结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌+轻重压下工艺：结晶器电磁搅拌按300A×1.7HZ控制，目的为均匀成分及温度场；凝固末端电磁搅拌按800A×6.0HZ控制，目的为有效降低铸坯心部区域低熔点物质聚集，最大限度控制心部区域偏析；采用轻重压下组合使用，总压下量按22mm控制；
（2）钢坯入炉温度≦400℃，预热段缓慢加热升温至690℃，加热一段以较快速度升温至1165℃，均热一段温度控制在1205℃，均热二段温度控制在1200℃，钢坯高温段（均热一段+均热二段）在炉时间126min，在炉总时间为320min；
（3）钢坯经高压水除鳞后进入粗轧，粗轧区采用联级降速控制，S04架出口速度由正常工艺0.58m/s调整为0.29m/s，前三道次调节辊缝值后，压下量分别为56mm、58mm、56mm，形状参数（接触弧长/轧件平均高度）分别0.79、0.82、0.85，均超过0.5，轧机扭矩见下表1，轧机负荷增加均控制在10%以内，有效改善了粗轧区域轧制变形的应力状态及提高了心部区域变形渗透能力，提高了圆钢心部致密度和组织均匀性，同时轧件的表面质量和尺寸精度等指标也未受影响。
表1 实施例1扭矩对比
架次 原扭矩 KN·M 现扭矩 KN·M 增加幅度
0架 225 234 4.0%
1架 218 236 8.3%
2架 252 272 7.9%
3架 231 245 6.1%
4架 352 377 7.1%
经由上述制造工艺制得的直径40mm圆钢取样金相检验显微孔隙合格，综合性能优异，超声波探伤满足GB/T 37566 3级，高频水浸探伤检验合格无缺陷，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圆钢心部无显微孔隙，合格。
实施例2
本实施例提供的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，选取250×300mm的100Cr6连铸坯，加热后轧制的钢材直径为50mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.99%、Si：0.23%、Mn：0.31%、Cr：1.46%、Mo：0.003%、P：0.011%、S：0.002%、Al：0.012%，余量为铁。
包括以下步骤：炼钢→连铸→加热→轧制→探伤→精整→检验→入库，具体：
（1）采用结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌+轻重压下工艺：结晶器电磁搅拌按300A×1.7HZ控制，目的为均匀成分及温度场；凝固末端电磁搅拌按800A×6.0HZ控制，目的为有效降低铸坯心部区域低熔点物质聚集，最大限度控制心部区域偏析；采用轻重压下组合使用，总压下量按24mm控制；
（2）钢坯入炉温度≦400℃，预热段缓慢加热升温至700℃，加热一段以较快速度升温至1172℃，均热一段温度控制在1210℃，均热二段温度控制在1204℃，钢坯高温段（均热一段+均热二段）在炉时间128min，在炉总时间为330min；
（3）钢坯经高压水除鳞后进入粗轧，粗轧区采用联级降速控制，S04架出口速度由正常工艺0.58m/s调整为0.28m/s，前三道次调节辊缝值后，压下量分别为57mm、58mm、56mm，形状参数（接触弧长/轧件平均高度）分别0.80、0.82、0.85，均超过0.5，轧机扭矩见下表2，轧机负荷增加均控制在10%以内，有效改善了粗轧区域轧制变形的应力状态及提高了心部区域变形渗透能力，提高了圆钢心部致密度和组织均匀性，同时轧件的表面质量和尺寸精度等指标也未受影响。
表2 实例2扭矩对比
架次 原扭矩 KN·M 现扭矩 KN·M 增加幅度
0架 230 242 5.2%
1架 210 228 8.6%
2架 256 277 8.2%
3架 235 252 7.2%
4架 349 371 6.3%
经由上述制造工艺制得的直径50mm圆钢取样金相检验显微孔隙合格，综合性能优异，超声波探伤满足GB/T 37566 3级，高频水浸探伤检验合格无缺陷，其主要性能详见表2。
由图4、图5、图6可知，按照实例2工艺生产的轴承钢100Cr6圆钢心部无显微孔隙，合格。
实施例3
本实施例提供的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，选取250×300mm的100Cr6连铸坯，加热后轧制的钢材直径为60mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.98%、Si：0.24%、Mn：0.30%、Cr：1.48%、Mo：0.002%、P：0.010%、S：0.002%、Al：0.013%，余量为铁。
包括以下步骤：炼钢→连铸→加热→轧制→探伤→精整→检验→入库，具体：
（1）采用结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌+轻重压下工艺：结晶器电磁搅拌按300A×1.7HZ控制，目的为均匀成分及温度场；凝固末端电磁搅拌按800A×6.0HZ控制，目的为有效降低铸坯心部区域低熔点物质聚集，最大限度控制心部区域偏析；采用轻重压下组合使用，总压下量按23mm控制；
（2）钢坯入炉温度≦400℃，预热段缓慢加热升温至710℃，加热一段以较快速度升温至1168℃，均热一段温度控制在1203℃，均热二段温度控制在1196℃，钢坯高温段（均热一段+均热二段）在炉时间132min，在炉总时间为328min；
（3）钢坯经高压水除鳞后进入粗轧，粗轧区采用联级降速控制，S04架出口速度由正常工艺0.58m/s调整为0.30m/s，前三道次调节辊缝值后，压下量分别为56mm、57mm、56mm，形状参数（接触弧长/轧件平均高度）分别0.79、0.81、0.85，均超过0.5，轧机扭矩见表3，轧机负荷增加均控制在10%以内，有效改善了粗轧区域轧制变形的应力状态及提高了心部区域变形渗透能力，提高了圆钢心部致密度和组织均匀性，同时轧件的表面质量和尺寸精度等指标也未受影响。
表3 实例3扭矩对比
架次 原扭矩 KN·M 现扭矩 KN·M 增加幅度
0架 233 246 5.6%
1架 219 238 8.7%
2架 260 281 8.1%
3架 238 255 7.1%
4架 355 380 7.0%
经由上述制造工艺制得的直径60mm圆钢取样金相检验显微孔隙合格，综合性能优异，超声波探伤满足GB/T 37566 3级，高频水浸探伤检验合格无缺陷，其主要性能详见表3。
由图7、图8、图9可知，按照实例3工艺生产的轴承钢100Cr6圆钢心部无显微孔隙，合格。
表4 各实施例所生产轴承钢100Cr6的显微孔隙（金相法）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表5 各实施例所生产轴承钢100Cr6的显微孔隙（高频水浸探伤检验）
Figure 642690DEST_PATH_IMAGE002
上述实施例1～3，金相检验显微孔隙合格，高频水浸探伤检验结果为合格探伤要求，产品均符合标准要求。
本发明有利于控制高标准要求轴承钢的心部显微孔隙缺陷，满足高标准客户的技术要求。按每年生产10000吨高标准要求轴承钢计算，可以降低降级改判比例20%，每吨效益损失500元，可以提高经济效益100万元。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，其特征在于：包括：炼钢→连铸→加热→轧制→探伤→精整→检验→入库，具体：
连铸：采用结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌+轻重压下工艺；
加热：预热段缓慢加热，加热段快速升温，提高到合适的加热温度，增加钢坯在高温加热段的扩散时间；
轧制：钢坯出炉后经高压水除鳞，采用低速大压下技术，粗轧机组联级降速，轧制不同道次到规格Ф16～60mm的成品。
2.根据权利要求1所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，其特征在于：连铸中间包钢水过热度为10～35℃，采用弱冷工艺及恒拉速浇注。
3.根据权利要求1所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，其特征在于：结晶器电磁搅拌按300A×1.7HZ控制；凝固末端电磁搅拌按800A×6.0HZ控制；采用轻重压下组合使用，总压下量按20～25mm控制。
4.根据权利要求1所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，其特征在于：钢坯入炉温度≤400℃，钢坯在预热段及加热一段逐步升温至850～1000℃；加热二段以100～150℃/h的速度升温至1150～1200℃；均热段高温区按1190～1220℃保温，保温扩散时间≥120min，在炉总时间为4～6h。
5.根据权利要求1所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，其特征在于：250×300mm铸坯出炉经高压水除鳞，粗轧区域0架-4架采用联级降速控制，S04架出口速度按0.3 m/s目标控制，粗轧前3道次压下量分配调整，确保每道次压下量均在55mm以上。
6.根据权利要求1所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，其特征在于：其化学成分按质量百分比计为：C：0.95%～1.05%，Si：0.15%～0.35%，Mn：0.25%～0.45%，Cr：1.40%～1.65%，P≦0.025%，S≦0.025%，余量为铁。
7.根据权利要求1所述的一种改善高碳铬轴承钢100Cr6棒材显微孔隙的生产工艺，其特征在于：碳化物带状2.5级以下，圆钢显微孔隙合格。
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