CN107138660B - 一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法，包括以下步骤：S1、将环坯在加热炉中加热至略高于材料临界温度Ac1，保温一段时间；S2、将加热后的环坯随炉缓慢降温至略低于材料临界温度Ar1；S3、合理设计轧制比和选择轧制进给速度，使环坯在一定的变形量和变形温度范围内轧制成形。本发明通过温轧环直接实现组织球化，可取消传统球化退火，并获得更细小球化组织，大幅减小能源和时间消耗，提高组织质量，降低生产成本。

Description

一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法
技术领域
本发明属于塑形加工技术领域，具体涉及一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法。
背景技术
高碳铬轴承钢是轴承零件的主要用钢，典型如GCr15轴承钢，在轴承内、外套圈生产(简称轴承环)中大量应用。轧环作为无缝环形零件(简称环件)的先进回转塑性成形方法，以其节能、节材、优质、高效的技术优势，已逐步取代传统的锻造成形方法，在以轴承环为代表的环形零件生产制造中得到了广泛应用和普遍认可。对于高碳铬轴承钢环件，以典型的GCr15轴承环为例，目前工业生产中采用的轧环方法包括冷轧环和热轧环，前者主要用于中、小型轴承环常温冷成形，后者则通常用于中、大型轴承环锻造温度区间热成形。
由于高碳铬轴承钢塑性低、硬度和强度高、冷成形和切削加工性能较差，因此高碳铬轴承钢环件锻造或轧环生产中，球化退火一直是必不可少的重要工序，通过对环坯或环锻件进行球化退火处理，使材料片状珠光体组织中的碳化物球化而形成粒状珠光体组织，从而提高塑性、降低硬度和强度，以满足制造工艺要求。例如，在冷轧环生产中，需要对环坯进行球化退火来提高冷塑性加工性能；在热轧环和锻造生产中，需要对环锻件进行球化退火来改善切削加工性能。然而，当前高碳铬轴承钢环件工业生产中普遍采用的等温球化退火工艺，一般需要十余小时，不仅周期长、能耗高，而且容易导致碳化物颗粒粗大、表面脱碳和氧化程度大，对后续加工和最终热处理质量都会造成遗传影响。虽然当前关于高碳铬轴承钢快速球化退火研究已有公开报道，但是并没有获得实际工业应用，尤其在高碳铬轴承钢环件生产中，仍然采用传统的球化退火工艺，对降低成本和提高质量造成了很大的限制。因此，面对当前制造业节能减排、高附加值生产发展趋势，迫切需要解决上述高碳铬轴承钢环件球化退火问题。
发明内容
针对上述现状，本发明的目的在于提供一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法，它在低于材料锻造温度下，通过温轧环变形使材料组织直接球化，实现成形-球化一体化，可以省去传统球化退火工艺，提高效率和降低能耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法，该方法包括以下步骤：
S1、低温奥氏体化加热：将加工好的环坯放入加热炉中加热至略高于材料临界温度Ac1，保温5～10min；
S2、炉内缓冷：将保温完成的环坯在加热炉中随炉缓慢冷却至略低于材料临界温度Ar1，冷却速度控制在100℃/h～200℃/h；
S3、温轧成形：将冷却后的环坯从加热炉中快速转移至轧环机上进行轧制，环坯变形量控制在40％～70％，终轧温度控制在Ar1以下100℃以内。
按上述技术方案，在步骤S1中，将环坯在加热炉中加热至Ac1以上10℃～40℃。
按上述技术方案，在步骤S2中，将环坯在加热炉中降温至Ar1以下0℃～50℃。
按上述技术方案，在在步骤S3中，在轧制过程中实时监测环坯温度，当环坯温度低于终轧温度时立即终止轧制，将环坯回炉加热至预设初轧温度后再继续轧制，直至成形为目标环件。
本发明，具有以下有益效果：本发明基于合适的轧制工艺条件，使材料在临界温度以下温成形过程中获得有效的组织球化条件，从而经历变形的同时实现组织球化：首先通过合适的加热条件，使材料获得不完全、不均匀的奥氏体组织；然后在合适的冷却条件下，由过冷奥氏体反常分解出碳化物颗粒而抑制其正常分解出碳化物层；最后通过合适的变形条件，通过温度和应力作用促进碳元素向碳化物颗粒扩散聚集，并促使部分形成的碳化物层破碎球化，最终在轧制后获得完全球化的组织。由于上述组织球化过程在低温快速轧制过程中完成，碳化物颗粒没有充分的时间熟化长大从而细小均匀，轧制温度低、表面没有明显的氧化和脱碳，因此，本发明通过温轧环变形直接实现组织球化，可以省掉球化退火，相比冷轧环和热轧环需要球化退火，显著降低了能耗、提高了效率，而且碳化物颗粒细小、表面质量好，有利于后续加工和最终热处理质量，具有缩短工艺流程、降低生产成本、提高生产效率、提升产品质量的有益作用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的工艺示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的较佳实施例中，一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S1、低温奥氏体化加热：将加工好的环坯放入加热炉中加热至略高于材料临界温度Ac1，保温5～10min；
S2、炉内缓冷：将保温完成的环坯在加热炉中随炉缓慢冷却至略低于材料临界温度Ar1，冷却速度控制在100℃/h～200℃/h；
S3、温轧成形：将冷却后的环坯从加热炉中快速转移至轧环机上进行轧制，根据目标环件尺寸、轧环机加工范围和力能条件，合理设计轧制比和选择轧制进给速度，使环坯变形量控制在40％～70％(环坯变形量以环坯壁厚减薄率来计算)、终轧温度控制在Ar1以下100℃以内，环坯在该变形量和变形温度范围内轧制成形。
在本发明的优选实施例中，在步骤S1中，将环坯在加热炉中加热至Ac1以上10℃～40℃。
在本发明的优选实施例中，在步骤S2中，将环坯在加热炉中降温至Ar1以下0℃～50℃。
在本发明的优选实施例中，在步骤S3中，在轧制过程中实时监测环坯温度(具体为利用测温装置严格监测环坯温度)，当环坯温度低于终轧温度时立即终止轧制，将环坯回炉加热至预设初轧温度后再继续轧制，直至成形为目标环件。
以下列举两个实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
以某规格GCr15高碳铬轴承钢环件为例，其实现组织球化的温轧环成形方法，包括以下步骤：
S1、低温奥氏体化加热：将环坯在箱式电阻炉中加热至780℃(Ac1约为750℃)，保温10分钟；
S2、炉内缓冷：将保温完成的环坯以200℃/h的冷却速度在炉内降温至650℃(Ar1约为700℃)；
S3、温轧成形：将达到预设初轧温度的环坯从加热炉中快速转移至轧环机上轧制，在合适的轧制比和轧制进给速度条件下，环坯在600℃以上温度经过40％变形量的轧制变形而成形为目标环件，目标环件随后空冷即可。
实施例2
以某规格GCr15SiMn高碳铬轴承钢环件为例，其实现组织球化的温轧环成形方法，包括以下步骤：
S1、低温奥氏体化加热：将环坯在箱式电阻炉中加热至790℃(Ac1约为770℃)，保温5分钟；
(2)炉内缓冷：将保温完成的环坯以200℃/h的冷却速度在炉内降温至710℃(Ar1约为710℃)；
(3)温轧成形：将达到预设初轧温度的环坯从加热炉中快速转移至轧环机上轧制，在合适的轧制比和轧制进给速度条件下，环坯在610℃以上温度经过70％变形量的轧制变形而成形为目标环件，目标环件随后空冷即可。
将上述两个实施例成形得到的目标环件获得的球化组织与采用普通球化退火获得的球化组织进行比较得到，温轧环碳化物颗粒平均直径约为0.25μm，普通球化退火碳化物颗粒平均直径约为0.46μm，由此可见采用本发明温轧环成形方法不仅能够实现高碳铬轴承钢组织球化，而且可以显著细化碳化物颗粒，提高球化组织质量。
本发明还适用于其它高碳铬轴承钢材料环件，其方法与上述实施例相同，效果也相同，在此不逐一列举实施例。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、低温奥氏体化加热：将加工好的环坯放入加热炉中加热至高于材料临界温度Ac1以上10℃～40℃，保温5~10min；
S2、炉内缓冷：将保温完成的环坯在加热炉中随炉缓慢冷却至低于材料临界温度Ar1以下50℃以内，冷却速度控制在100℃/h～200℃/h；
S3、温轧成形：将冷却后的环坯从加热炉中快速转移至轧环机上进行轧制，环坯变形量控制在40%～70%，终轧温度控制在Ar1以下100℃以内。
2.根据权利要求1所述的实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法，其特征在于，在步骤S3中，在轧制过程中实时监测环坯温度，当环坯温度低于终轧温度时立即终止轧制，将环坯回炉加热至预设初轧温度后再继续轧制，直至成形为目标环件。
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