CN108504839A - 一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺 - Google Patents

一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，包括以下步骤：将所述高碳铬轴承钢管在淬火炉中加热至850‑890℃，保温，清洗烘干后放入真空冷却油炉中冷却至76‑82℃，保温2‑5min，放入回火炉中加热至165‑190℃，保温1.5‑2.5h后放入真空冷却油炉中冷却至80‑95℃，取出清洗烘干，于空气中冷却至室温，重复上述回火处理操作，对高碳铬轴承钢管进行第二次回火处理。本发明工艺生产出的高碳铬轴承钢管具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性以及较高的韧性。本发明工艺生产出的高碳铬轴承钢管具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性以及较高的韧性。

Description

一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺
技术领域
本发明涉及轴承钢热处理技术领域，具体为一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺。
背景技术
轴承钢是用于制造滚动轴承的滚动体和套圈的钢，在众多品种的钢铁产品中被认为是“钢中之王”，是检验项目最多，质量要求最严，生产难度最大的钢种之一，轴承钢的冶炼水平代表着一个国家的冶金水平，一定程度上也影响着国家装备制造的工业水平轴承钢应具备：高硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度、一定的韧性、一定的淬透性、在大气的润滑剂中的耐腐蚀性能。
高碳铬轴承钢主要是用于制造轴承套圈、滚动体的重要材料，现在用户对冶金厂生产的轴承钢内部冶金质量如夹杂物、碳化物及残余元素等要求很严，因为非金属夹杂物的含量和分布对轴承钢的寿命影响很大。夹杂物量愈高，寿命就越短。为了改善冶炼质量，亦可采用真空热处理等新工艺来提高轴承钢的质量。另外，含碳量高的钢种在加热的高温区，它的奥氏体晶粒容易长大,有脱碳与过热的危险，同时它又属于导热性差的一类。所以在加热过程中既要对钢烧透，又要防止脱碳和过热。所以对其钢坯进行加热时或控制加热温度或限制加热时间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，本发明工艺生产出的高碳铬轴承钢管具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性以及较高的韧性。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1预处理：将所述高碳铬轴承钢管在淬火炉中加热至850-890℃，保温；
S2淬火处理：将保温后的所述高碳铬轴承钢管清洗烘干后放入真空冷却油炉中冷却至76-82℃，保温2-5min；
S3回火处理：将S2步骤进过淬火处理后的所述高碳铬轴承钢管放入回火炉中加热至165-190℃，保温1.5-2.5h后放入真空冷却油炉中冷却至80-95℃，取出清洗烘干，于空气中冷却至室温；
S4二次回火：重复S3操作，对所述高碳铬轴承钢管进行第二次回火处理。
进一步地，所述高碳铬轴承钢管C元素含量为0.95％-1.05％，Cr元素含量为1.5％-1.65％，Mn元素含量为0.2％-0.45％，Si元素含量为0.15％-0.3％，Ni元素含量为0.18％-0.32％，P元素含量为0.025％-0.03％，S元素含量为0.020％-0.025％，Mo元素含量为0.025％-0.10％，Cu元素含量为0.075％-0.15％。
进一步地，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油炉使用前在65000Pa的大气压下预抽15-20min。
进一步地，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油采用的是型号为Senco-O90A的真空淬火油。
进一步地，所述真空淬火油的油温为65-82℃。
进一步地，所述步骤S1保温时间为20-25min。
进一步地，所述步骤S2冷却速率为280-360℃/h。
进一步地，所述步骤S3真空冷却油炉中的冷却速率为20-35℃/h。
进一步地，所述步骤S2与步骤S3中清洗液按照重量百分比包括：氢氧化钠：0.6-1.4，磷酸三钠：2-5，三氟乙烷：1.6-2.4，其余为水。
本发明的工艺原理为：
在S1预处理阶段加热温度为850-890℃，并保温20-25min，主要为了让温度均匀，让碳化物在高温区得到充分的分解，并且大幅度提高奥氏体的转化率，但同时温度也不能过高，否则可能造成过热和脱碳的危险，所以在这个温度与保温时间范围内加热最为理想；对真空冷却油炉进行预抽真空处理，将油中混入的空气脱出，防止由于真空度过低而引起混在油中的空气将油携带到管道及真空机组内；使用Senco-O90A的真空淬火油可以加速冷却速率，但有不同于水淬，水淬冷却速率虽然快，但产生的应力较大，很容易形变和开裂，而油淬则不会出现以上的情形，更适合于高碳铬轴承钢管的淬火处理，能将冷却速率控制在280-360℃/h，加速冷却，尽量防止网状碳化物的析出；在回火处理时采用165-190℃低温回火，目的是不降低零件硬度，消除淬火应力，避免变形、开裂，保持使用过程中的尺寸稳定，淬火后的马氏体周边形成厚度为纳米级的稳定的残留奥氏体膜，构成纳米复合组织，改善了高碳铬轴承钢管的塑性，并通过165-190℃的低温回火后再却至80-95℃，于空气中冷却至室温，使回火马氏体中碳化物沉淀硬化，进一步提高轴承钢管的强度；回火处理时的采用20-35℃/h的冷却速率缓慢降温，目的是为了消除轴承钢管中的白点缺陷；采用二次回火工艺是因为二次回火可以改善碳化物形态及分布，将残留的奥氏体进一步地分解，且提高材料的韧性。
本发明的有益效果为：(1)、本发明淬火是的加热温度采用850-890℃，并保温20-25min，温度均匀，让碳化物在高温区得到充分的分解，并且大幅度提高奥氏体的转化率，采用Senco-O90A的真空淬火油快速冷却，尽量防止网状碳化物的析出。
(2)、本发明通过采用165-190℃低温回火，不降低零件硬度，消除淬火应力，避免了变形、开裂，淬火后的马氏体周边形成厚度为纳米级的稳定的残留奥氏体膜，构成纳米复合组织，改善了高碳铬轴承钢管的塑性。
(3)、本发明采用二次回火工艺改善了碳化物形态及分布，将残留的奥氏体进一步地分解，且提高了材料的韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1预处理：将所述高碳铬轴承钢管在淬火炉中加热至850℃，保温；
S2淬火处理：将保温后的所述高碳铬轴承钢管清洗烘干后放入真空冷却油炉中冷却至76℃，保温2min；
S3回火处理：将S2步骤进过淬火处理后的所述高碳铬轴承钢管放入回火炉中加热至165℃，保温1.5h后放入真空冷却油炉中冷却至80℃，取出清洗烘干，于空气中冷却至室温；
S4二次回火：重复S3操作，对所述高碳铬轴承钢管进行第二次回火处理。
具体地，所述高碳铬轴承钢管C元素含量为1.05％，Cr元素含量为1.65％，Mn元素含量为0.45％，Si元素含量为0.3％，Ni元素含量为0.32％，P元素含量为0.03％，S元素含量为0.025％，Mo元素含量为0.10％，Cu元素含量为0.15％。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油炉使用前在65000Pa的大气压下预抽15min。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油采用的是型号为Senco-O90A的真空淬火油。
具体地，所述真空淬火油的油温为65℃。
具体地，所述步骤S1保温时间为20min。
具体地，所述步骤S2冷却速率为280℃/h。
具体地，所述步骤S3真空冷却油炉中的冷却速率为20℃/h。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中清洗液按照重量百分比包括：氢氧化钠：0.6，磷酸三钠：2，三氟乙烷：1.6，其余为水。
本实施例得到的轴承钢管经测试得到以下数据：轴承钢管的硬度61-63HRC，网状碳化物级别为0.5-1级，，非金属夹杂物级别为2-2.5，冲击强度为39.8KJ/m2。
实施例2
一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1预处理：将所述高碳铬轴承钢管在淬火炉中加热至870℃，保温；
S2淬火处理：将保温后的所述高碳铬轴承钢管清洗烘干后放入真空冷却油炉中冷却至79℃，保温3min；
S3回火处理：将S2步骤进过淬火处理后的所述高碳铬轴承钢管放入回火炉中加热至178℃，保温2h后放入真空冷却油炉中冷却至92℃，取出清洗烘干，于空气中冷却至室温；
S4二次回火：重复S3操作，对所述高碳铬轴承钢管进行第二次回火处理。
具体地，所述高碳铬轴承钢管C元素含量为0.99％，Cr元素含量为1.58％，Mn元素含量为0.34％，Si元素含量为0.23％，Ni元素含量为0.24％，P元素含量为0.028％，S元素含量为0.023％，Mo元素含量为0.06％，Cu元素含量为0.12％。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油炉使用前在65000Pa的大气压下预抽17min。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油采用的是型号为Senco-O90A的真空淬火油。
具体地，所述真空淬火油的油温为72℃。
具体地，所述步骤S1保温时间为23min。
具体地，所述步骤S2冷却速率为320℃/h。
具体地，所述步骤S3真空冷却油炉中的冷却速率为27℃/h。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中清洗液按照重量百分比包括：氢氧化钠：1.2，磷酸三钠：3，三氟乙烷：2.2，其余为水。
本实施例得到的轴承钢管经测试得到以下数据：轴承钢管的硬度为62～64HRC，网状碳化物级别为1-1.5级，，非金属夹杂物级别为1.5-2.5，冲击强度为45.6KJ/m2。
实施例3
一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1预处理：将所述高碳铬轴承钢管在淬火炉中加热至890℃，保温；
S2淬火处理：将保温后的所述高碳铬轴承钢管清洗烘干后放入真空冷却油炉中冷却至82℃，保温5min；
S3回火处理：将S2步骤进过淬火处理后的所述高碳铬轴承钢管放入回火炉中加热至190℃，保温2.5h后放入真空冷却油炉中冷却至95℃，取出清洗烘干，于空气中冷却至室温；
S4二次回火：重复S3操作，对所述高碳铬轴承钢管进行第二次回火处理。
具体地，所述高碳铬轴承钢管C元素含量为1.05％，Cr元素含量为1.65％，Mn元素含量为0.45％，Si元素含量为0.3％，Ni元素含量为0.32％，P元素含量为0.03％，S元素含量为0.025％，Mo元素含量为0.10％，Cu元素含量为0.15％。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油炉使用前在65000Pa的大气压下预抽20min。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油采用的是型号为Senco-O90A的真空淬火油。
具体地，所述真空淬火油的油温为82℃。
具体地，所述步骤S1保温时间为25min。
具体地，所述步骤S2冷却速率为360℃/h。
具体地，所述步骤S3真空冷却油炉中的冷却速率为35℃/h。
具体地，所述步骤S2与步骤S3中清洗液按照重量百分比包括：氢氧化钠：1.4，磷酸三钠：5，三氟乙烷：2.4，其余为水。
本实施例得到的轴承钢管经测试得到以下数据：轴承钢管的硬度为60-62HRC，网状碳化物级别为2-2.5级，非金属夹杂物级别为1-2，冲击强度为42.5KJ/m2。
综上所述，经过本发明工艺制备的高碳铬轴承钢管硬度、网状碳化物级别、非金属夹杂物级别以及冲击强度皆符合国家标准，并较之传统工艺更好。
硬度、网状碳化物级别非金属夹杂物级别的测定方法为：GB/T 18254-2002；
冲击强度测定方法为：GB/T1943-2007。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1预处理：将所述高碳铬轴承钢管在淬火炉中加热至850-890℃，保温；
S2淬火处理：将保温后的所述高碳铬轴承钢管清洗烘干后放入真空冷却油炉中冷却至76-82℃，保温2-5min；
S3回火处理：将S2步骤进过淬火处理后的所述高碳铬轴承钢管放入回火炉中加热至165-190℃，保温1.5-2.5h后放入真空冷却油炉中冷却至80-95℃，取出清洗烘干，于空气中冷却至室温；
S4二次回火：重复S3操作，对所述高碳铬轴承钢管进行第二次回火处理。
2.根据权利要求1所述的一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，所述高碳铬轴承钢管C元素含量为0.95％-1.05％，Cr元素含量为1.5％-1.65％，Mn元素含量为0.2％-0.45％，Si元素含量为0.15％-0.3％，Ni元素含量为0.18％-0.32％，P元素含量为0.025％-0.03％，S元素含量为0.020％-0.025％，Mo元素含量为0.025％-0.10％，Cu元素含量为0.075％-0.15％。
3.根据权利要求1所述的一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油炉使用前在65000Pa的大气压下预抽15-20min。
4.根据权利要求1或3所述的一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，所述步骤S2与步骤S3中真空冷却油采用的是型号为Senco-O90A的真空淬火油。
5.根据权利要求4所述的一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，所述真空淬火油的油温为65-82℃。
6.根据权利要求1所述的一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，所述步骤S1保温时间为20-25min。
7.根据权利要求1所述的一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，所述步骤S2冷却速率为280-360℃/h。
8.根据权利要求1所述的一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，所述步骤S3真空冷却油炉中的冷却速率为20-35℃/h。
9.根据权利要求1所述的一种高碳铬轴承钢管的热处理工艺，其特征在于，所述步骤S2与步骤S3中清洗液按照重量百分比包括：氢氧化钠：0.6-1.4，磷酸三钠：2-5，三氟乙烷：1.6-2.4，其余为水。
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