CN108559913A - 一种GCr15轴承钢管及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，所述GCr15轴承钢管中，包括以下成分：C：1.02％‑1.12％，S：0.016％‑0.028％，P：0.014％‑0.025％，Mn：0.18％‑0.23％，Cr：1.25％‑1.65％，Mo：0.08％‑0.12％，Ni：0.12％‑0.3％，Cu：0.35％‑0.5％，Si：0.17％‑0.28％；所述GCr15轴承钢管制备工艺包括以下步骤：S1.管坯切断；S2.定心穿孔；S3.挤压成型；S4.退火；S5.去应力退火；S6.清洗润滑；S7.多道次冷拔；S8.周期球化退火；S9.精整检查。本发明工艺生产出的GCr15轴承钢管具有高的疲劳强度和韧性，较高的耐磨性能以及高且均匀的硬度。

Description

一种GCr15轴承钢管及其制备工艺
技术领域
本发明涉及轴承钢机械加工技术领域，具体为一种GCr15轴承钢管及其制备工艺。
背景技术
GCr15是指一种合金含量较少的高碳铬轴承钢，经过淬火加低温回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。GCr15轴承钢管主要用于制造各种滚动轴承的内外套圈。它将承受很大拉应力、压应力、剪切应力及摩擦力等交变负荷，必须具有高的疲劳强度、弹性极限、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度，一定的抗腐蚀能力。
在轴承零部件中，转动部分一般以暴露于比较温和的腐蚀环境中使用，根据其使用要求，有时不能使用防锈剂和润滑剂。因此，现轴承钢使用状态下的组织体应当是回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒。轴承破坏最常见形式为接触疲劳破坏，主要是因为产生局部应力而出现疲劳裂纹的发生和发展。通过研究表明，轴承的接触疲劳破坏同轴承钢内的洁净度和D类物质的夹杂量有关。碳的作用一部分存在于马氏体基体中以强化马氏体；另一部分形成足够数量的碳化物以获得所要求的耐磨性能，但过高的碳含量会增加碳化物的分布不均匀，且易生成网状碳化物而降低其性能；若碳含量过低则不能形成足够的马氏体，形成碳化物的量不足。如果碳化物能以细小的质点均匀分布于钢基体组织中，既可以提高钢的回火性，又能提高钢的硬度，进而提高钢材的耐磨性和接触疲劳强度。
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GCr15轴承钢管及其制备工艺，本发明工艺生产出的GCr15轴承钢管具有高的疲劳强度和韧性，较高的耐磨性能以及高且均匀的硬度。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，所述GCr15轴承钢管中C元素含量为1.02％-1.12％，S元素含量为0.016％-0.028％，P元素含量为0.014％-0.025％，Mn元素含量为0.18％-0.23％，Cr元素含量为1.25％-1.65％，Mo元素含量为0.08％-0.12％，Ni元素含量为0.12％-0.3％，Cu元素含量为0.35％-0.5％，Si元素含量为0.17％-0.28％；碳的作用一部分存在于马氏体基体中以强化马氏体；另一部分形成足够数量的碳化物以获得所要求的耐磨性能，但过高的碳含量会增加碳化物的分布不均匀，且易生成网状碳化物而降低其性能；若碳含量过低则不能形成足够的马氏体，形成碳化物的量不足，因此，C元素含量控制在1.02％-1.12％能达到达到二者的平衡。
进一步地，所述GCr15轴承钢管中Mo、Ni以及Mn元素总含量为0.42％-0.62％；Mo、Ni以及Mn元素能有效增强GCr15轴承钢管的韧性，但含量过多也会导致轴承钢管硬度的明显下降，所以总含量维持在0.42％-0.62％能达到最好的效果。
一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，包括以下步骤：
S1管坯切断：使用激光氧气切割机将棒状钢材切割成所需长度的圆柱坯；
S2定心穿孔：在S1步骤所得圆柱坯需要穿孔的端面上定心，将所述圆柱坯缓慢加热接近900℃之后，迅速加热至1060-1150℃，并在穿孔机上穿孔，得到穿孔管坯，通过迅速加热，使温度快速通过900℃，避免σ相析出量过多，有效地减少管坯裂纹的产生几率；
S3挤压成型：将S2步骤所得穿孔管坯于所述液压机的模腔内挤压成型，得到挤压管，利用液压机上的凸模对所述管坯挤压成型；
S4退火：将S3步骤所得挤压管置于加热炉内加热至805-820℃并保温，且以20-35℃/h的速度随炉冷却至600-650℃，出炉空冷至常温，得到退火管，GCr15轴承钢管由于其导热性较差，容易产生组织应力和热应力，加热速度不宜过快，否则容易产生裂纹，形成鸟巢裂口；
S5去应力退火：将步骤S4所得退火管置于所述加热炉内加热至520-560℃，保温，随炉冷却至常温，得到热处理管，采用的去应力退火的温度520-560℃，比一般的700-750℃温度低，可以最大限度消除应力，同时保证材料的强度和硬度，保证有较好的机械性；
S6清洗润滑：将S5步骤所得热处理管进行清洗、磷化以及皂化处理，去除所述热处理管上的氧化层并使其光滑，得到待拔管；
S7多道次冷拔：将S6步骤所得待拔管于辊式轧机中进行多道次冷拔，得到冷拔管；
S8周期球化退火：将S7所得冷拔管置于所述加热炉内，第一次加热至790℃并保温1h后，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第二次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第三次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h之后，再以30℃/h降温至650℃左后出炉空冷至常温，得到球化退火管，利用周期性的球化退火方法，在双相区的温度内，反复对冷拔管球化退火，加速了渗碳体球化，使球化退火效果更理想；同时，奥氏体向珠光体冷却速度较快，冷却速度越快，转变温度越低，碳和铁原子的扩散就越困难，缩短碳化物的球化距离，避免细珠光体在保温或冷却过程中形成粗大珠光体；反复加热除了进一步溶断先共析渗碳体网外，同时也加速球化过程，缩短时间约6h；
S9精整检查：对S8步骤所得球化退火管进行修整以及检测，得到GCr15轴承钢管。
进一步地，所述步骤S2缓慢加热速率为120-150℃/h，迅速加热速率为230-260℃/h。
进一步地，所述步骤S4保温时间为1-3h；所述步骤S5保温时间为50min。
进一步地，所述步骤S6清洗所用清洗剂按照质量比包括：二甲基硅氧烷：2％-3％，三乙醇胺：0.6％-0.7％，二氧化硅：14％-16％，甲基纤维素：0.1％-0.3％，硬脂酸：0.5％-0.8％，丙二醇甲醚：5％-7％，其余为水。
本发明的有益效果为：(1)、本发明通过控制C元素的含量，防止过高的含碳量导致碳化物分布不均，强化了马氏体，同时控制Mo、Ni以及Mn元素的含量，加强了轴承钢管的韧性，再加上热处理工艺中对温度和时间的控制，进一步增强了GCr15轴承钢管的韧性与硬度。
(2)、本发明通过采用周期球化退火，反复对冷拔管球化退火，加速了渗碳体球化，使球化退火效果更理想；同时，奥氏体向珠光体冷却速度较快，冷却速度越快，转变温度越低，碳和铁原子的扩散就越困难，缩短碳化物的球化距离，避免细珠光体在保温或冷却过程中形成粗大珠光体；反复加热除了进一步溶断先共析渗碳体网外，同时也加速球化过程，缩短时间约6h。
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GCr15轴承钢管及其制备工艺，所述GCr15轴承钢管中C元素含量为1.02％，S元素含量为0.016％，P元素含量为0.014％，Mn元素含量为0.18％，Cr元素含量为1.25％，Mo元素含量为0.08％，Ni元素含量为0.12％，Cu元素含量为0.35％，Si元素含量为0.17％。
具体地，所述GCr15轴承钢管中Mo、Ni以及Mn元素总含量为0.42％。
一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，包括以下步骤：
S1管坯切断：使用激光氧气切割机将棒状钢材切割成所需长度的圆柱坯；
S2定心穿孔：在S1步骤所得圆柱坯需要穿孔的端面上定心，将所述圆柱坯缓慢加热接近900℃之后，迅速加热至1060℃，并在穿孔机上穿孔，得到穿孔管坯；
S3挤压成型：将S2步骤所得穿孔管坯于所述液压机的模腔内挤压成型，得到挤压管；
S4退火：将S3步骤所得挤压管置于加热炉内加热至805℃并保温，且以20℃/h的速度随炉冷却至600℃，出炉空冷至常温，得到退火管；
S5去应力退火：将步骤S4所得退火管置于所述加热炉内加热至520℃，保温，随炉冷却至常温，得到热处理管；
S6清洗润滑：将S5步骤所得热处理管进行清洗、磷化以及皂化处理，去除所述热处理管上的氧化层并使其光滑，得到待拔管；
S7多道次冷拔：将S6步骤所得待拔管于辊式轧机中进行多道次冷拔，得到冷拔管；
S8周期球化退火：将S7所得冷拔管置于所述加热炉内，第一次加热至790℃并保温1h后，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第二次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第三次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h之后，再以30℃/h降温至650℃左后出炉空冷至常温，得到球化退火管；
S9精整检查：对S8步骤所得球化退火管进行修整以及检测，得到GCr15轴承钢管。
具体地，所述步骤S2缓慢加热速率为120-150℃/h，迅速加热速率为230℃/h。
具体地，所述步骤S4保温时间为1-3h；所述步骤S5保温时间为50min。
具体地，所述步骤S6清洗所用清洗剂按照质量比包括：二甲基硅氧烷：2％，三乙醇胺：0.6％，二氧化硅：14％，甲基纤维素：0.1％，硬脂酸：0.5％，丙二醇甲醚：5％，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61-63HRC，网状碳化物级别为0.5-1.5级，非金属夹杂物级别为0.5-1，冲击强度为52.6KJ/m2。
实施例2
一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，所述GCr15轴承钢管中C元素含量为1.08％，S元素含量为0.022％，P元素含量为0.019％，Mn元素含量为0.21％，Cr元素含量为1.42％，Mo元素含量为0.09％，Ni元素含量为0.18％，Cu元素含量为0.4％，Si元素含量为0.23％。
具体地，所述GCr15轴承钢管中Mo、Ni以及Mn元素总含量为0.51％。
一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，包括以下步骤：
S1管坯切断：使用激光氧气切割机将棒状钢材切割成所需长度的圆柱坯；
S2定心穿孔：在S1步骤所得圆柱坯需要穿孔的端面上定心，将所述圆柱坯缓慢加热接近900℃之后，迅速加热至1120℃，并在穿孔机上穿孔，得到穿孔管坯；
S3挤压成型：将S2步骤所得穿孔管坯于所述液压机的模腔内挤压成型，得到挤压管；
S4退火：将S3步骤所得挤压管置于加热炉内加热至815℃并保温，且以30℃/h的速度随炉冷却至625℃，出炉空冷至常温，得到退火管；
S5去应力退火：将步骤S4所得退火管置于所述加热炉内加热至540℃，保温，随炉冷却至常温，得到热处理管；
S6清洗润滑：将S5步骤所得热处理管进行清洗、磷化以及皂化处理，去除所述热处理管上的氧化层并使其光滑，得到待拔管；
S7多道次冷拔：将S6步骤所得待拔管于辊式轧机中进行多道次冷拔，得到冷拔管；
S8周期球化退火：将S7所得冷拔管置于所述加热炉内，第一次加热至790℃并保温1h后，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第二次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第三次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h之后，再以30℃/h降温至650℃左后出炉空冷至常温，得到球化退火管；
S9精整检查：对S8步骤所得球化退火管进行修整以及检测，得到GCr15轴承钢管。
具体地，所述步骤S2缓慢加热速率为135℃/h，迅速加热速率为240℃/h。
具体地，所述步骤S4保温时间为2h；所述步骤S5保温时间为50min。
具体地，所述步骤S6清洗所用清洗剂按照质量比包括：二甲基硅氧烷：1.5％，三乙醇胺：0.65％，二氧化硅：15％，甲基纤维素：0.2％，硬脂酸：0.6％，丙二醇甲醚：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：轴承钢管的硬度为62-65HRC，网状碳化物级别为1.5-2级，非金属夹杂物级别为1-2，冲击强度为63.4KJ/m2。
实施例3
一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，所述GCr15轴承钢管中C元素含量为1.02％-1.12％，S元素含量为0.028％，P元素含量为0.025％，Mn元素含量为0.23％，Cr元素含量为1.65％，Mo元素含量为0.12％，Ni元素含量为0.3％，Cu元素含量为0.5％，Si元素含量为0.28％。
具体地，所述GCr15轴承钢管中Mo、Ni以及Mn元素总含量为0.62％。
一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，包括以下步骤：
S1管坯切断：使用激光氧气切割机将棒状钢材切割成所需长度的圆柱坯；
S2定心穿孔：在S1步骤所得圆柱坯需要穿孔的端面上定心，将所述圆柱坯缓慢加热接近900℃之后，迅速加热至1150℃，并在穿孔机上穿孔，得到穿孔管坯；
S3挤压成型：将S2步骤所得穿孔管坯于所述液压机的模腔内挤压成型，得到挤压管；
S4退火：将S3步骤所得挤压管置于加热炉内加热至820℃并保温，且以35℃/h的速度随炉冷却至650℃，出炉空冷至常温，得到退火管；
S5去应力退火：将步骤S4所得退火管置于所述加热炉内加热至560℃，保温，随炉冷却至常温，得到热处理管；
S6清洗润滑：将S5步骤所得热处理管进行清洗、磷化以及皂化处理，去除所述热处理管上的氧化层并使其光滑，得到待拔管；
S7多道次冷拔：将S6步骤所得待拔管于辊式轧机中进行多道次冷拔，得到冷拔管；
S8周期球化退火：将S7所得冷拔管置于所述加热炉内，第一次加热至790℃并保温1h后，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第二次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第三次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h之后，再以30℃/h降温至650℃左后出炉空冷至常温，得到球化退火管；
S9精整检查：对S8步骤所得球化退火管进行修整以及检测，得到GCr15轴承钢管。
具体地，所述步骤S2缓慢加热速率为150℃/h，迅速加热速率为260℃/h。
具体地，所述步骤S4保温时间为3h；所述步骤S5保温时间为50min。
具体地，所述步骤S6清洗所用清洗剂按照质量比包括：二甲基硅氧烷：3％，三乙醇胺：0.7％，二氧化硅：16％，甲基纤维素：0.3％，硬脂酸：0.8％，丙二醇甲醚：7％，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64-66HRC，网状碳化物级别为1.5-2.5级，非金属夹杂物级别为1.5-2，冲击强度为59.6KJ/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。
其中，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 (6)

1.一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，其特征在于，所述GCr15轴承钢管中C元素含量为1.02％-1.12％，S元素含量为0.016％-0.028％，P元素含量为0.014％-0.025％，Mn元素含量为0.18％-0.23％，Cr元素含量为1.25％-1.65％，Mo元素含量为0.08％-0.12％，Ni元素含量为0.12％-0.3％，Cu元素含量为0.35％-0.5％，Si元素含量为0.17％-0.28％。
2.根据权利要求1所述的一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，其特征在于，所述GCr15轴承钢管中Mo、Ni以及Mn元素总含量为0.42％-0.62％。
3.权利要求1所述的一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1 管坯切断：使用激光氧气切割机将棒状钢材切割成所需长度的圆柱坯；
S2 定心穿孔：在S1步骤所得圆柱坯需要穿孔的端面上定心，将所述圆柱坯缓慢加热接近900℃之后，迅速加热至1060-1150℃，并在穿孔机上穿孔，得到穿孔管坯；
S3 挤压成型：将S2步骤所得穿孔管坯于所述液压机的模腔内挤压成型，得到挤压管；
S4 退火：将S3步骤所得挤压管置于加热炉内加热至805-820℃并保温，且以20-35℃/h的速度随炉冷却至600-650℃，出炉空冷至常温，得到退火管；
S5去应力退火：将步骤S4所得退火管置于所述加热炉内加热至520-560℃，保温，随炉冷却至常温，得到热处理管；
S6 清洗润滑：将S5步骤所得热处理管进行清洗、磷化以及皂化处理，去除所述热处理管上的氧化层并使其光滑，得到待拔管；
S7 多道次冷拔：将S6步骤所得待拔管于辊式轧机中进行多道次冷拔，得到冷拔管；
S8 周期球化退火：将S7所得冷拔管置于所述加热炉内，第一次加热至790℃并保温1h后，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第二次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h；第三次以240℃/h的速度升温至790℃，保温1h，以120℃/h的速度随炉冷却至710℃，保温1h之后，再以30℃/h降温至650℃左后出炉空冷至常温，得到球化退火管；
S9精整检查：对S8步骤所得球化退火管进行修整以及检测，得到GCr15轴承钢管。
4.根据权利要求3所述的一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，其特征在于，所述步骤S2缓慢加热速率为120-150℃/h，迅速加热速率为230-260℃/h。
5.根据权利要求1所述的一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，其特征在于，所述步骤S4保温时间为1-3h；所述步骤S5保温时间为50min。
6.根据权利要求1所述的一种GCr15轴承钢管及其制备工艺，其特征在于，所述步骤S6清洗所用清洗剂按照质量比包括：二甲基硅氧烷：2％-3％，三乙醇胺：0.6％-0.7％，二氧化硅：14％-16％，甲基纤维素：0.1％-0.3％，硬脂酸：0.5％-0.8％，丙二醇甲醚：5％-7％，其余为水。
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