CN113714480A - 一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法 - Google Patents

一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，包括以下步骤：连铸工序：生产优质铸坯，降低原始铸坯的偏析；铸坯分级工序：对原始铸坯进行酸洗处理和碳偏析检测，根据铸坯酸洗低倍评级结果和碳偏析指数选定高质量轧制用铸坯；加热工序：对选定的铸坯加热，铸坯高温段温度1200‑1240℃，铸坯中心高温段加热时间2‑5h，达到高温扩散时间要求后，在出钢前一段时间降低铸坯均热段温度，使铸坯形成内外温差；轧制工序：利用铸坯厚度方向的内外温差，使变形渗透至心部，最后一道次终轧温度控制在920‑980℃；控冷工序：在终轧机组后进行快速冷却。本发明降低了高碳铬轴承钢带状碳化物的宽度，细化了碳化物颗粒尺寸。

Description

一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的 方法
技术领域
本发明属于轴承钢冶金工艺技术领域，更为具体地，涉及一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法。
背景技术
高碳铬轴承钢是轴承制造中最常用的轴承钢，如常用的GCr15和GCr15SiMn。由于高碳铬轴承钢属于过共析钢，钢材在连续浇注凝固过程中因枝晶生长会形成元素偏析，在热轧变形时延伸而形成碳化物富集带，高碳铬轴承钢中带状碳化物的宽度及碳化物颗粒的尺寸显著影响轴承钢的疲劳寿命。
虽然目前连铸过程中广泛采用的低过热度浇铸、电磁搅拌、凝固末端轻压下等措施能够改善高碳铬轴承钢铸坯的偏析，后续热处理、轧制、冷却也有利于降低偏析，均匀组织，现有技术中也存在一些降低带状碳化物的方法，但并不能有效控制高碳铬轴承钢中带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸。例如，专利CN108823385B中提出根据铸坯致密度检测结果匹配相应的加热时间以降低轴承钢带状，但未提及对带状有重要影响的偏析情况，而且根据铸坯检验结果反馈再调整前道连铸工序的工艺，具有滞后性。专利CN107385175B公开了一种降低GCr15轴承钢带状碳化物级别的变形方法，一方面规定的780-820℃的轧制温度较低，对轧制设备能力要求很高，且常规的轧制条件下，各道次孔型设计已经决定了坯料的变形量，不易灵活调整，另一方面该方法主要依靠最终的低温变形减少带状碳化物的宽度，但未消除大颗粒碳化物聚集的现象。专利CN112662934A依靠连铸和粗轧前几道次的大压下，并延长加热时间来降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织，没有综合考虑后续轧制对带状碳化物的影响。专利CN110777300A公开了一种针对特定截面的GCr15轴承钢制作方法，其碳化物带状的控制重点放在前道工序连铸工艺参数设置与铸坯高温扩散工艺上。
发明内容
本发明提供一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，能降低高碳铬轴承钢带状碳化物的宽度，并能细化碳化物颗粒的尺寸。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，包括以下步骤：
(1)连铸工序：采用低过热度浇铸、结晶器结合凝固末端电磁搅拌、拉速与轻压下相匹配的控制方法生产优质原始铸坯，降低原始铸坯的偏析；
(2)铸坯分级工序：对步骤(1)中的原始铸坯进行酸洗处理和碳偏析检测，根据铸坯酸洗低倍评级结果和碳偏析指数选定高质量轧制用铸坯，其中铸坯酸洗低倍评级结果包括铸坯中心疏松、中心偏析、缩孔三项指标；
(3)加热工序：对步骤(2)中选定的高质量轧制用铸坯进行加热，其中铸坯高温段温度控制在1200-1240℃，铸坯中心高温段加热时间控制在2-5h，达到高温扩散时间要求后，在出钢前一段时间降低铸坯均热段温度，使铸坯形成内外温差；
(4)轧制工序：对步骤(3)中加热后的铸坯采用高压水除磷后开轧，轧制时利用铸坯厚度方向的内外温差，使变形渗透至心部，最后一道次终轧温度控制在920-980℃；
(5)控冷工序：在终轧机组后进行快速冷却，得到符合要求的高碳铬轴承钢。
进一步地，步骤(2)的铸坯分级工序中：高质量轧制用铸坯依据GB/T 1979检测，其选定标准具体为：铸坯中心疏松≤2.0级、中心偏析≤2.0级、缩孔≤1.0级，碳偏析指数0.95-1.05。
进一步地，步骤(3)的加热工序中：在出钢前10-15min，将均热段温度降至1150±20℃。
进一步地，步骤(4)的轧制工序中：开轧温度控制在1050-1100℃。
进一步地，步骤(5)的控冷工序中：在终轧机组后利用多组水箱进行分阶段快速冷却，冷却速率不低于10℃/s。
进一步地，步骤(5)的控冷工序中：上冷床温度控制在650-750℃。
本发明采用铸坯分级、加热工艺控制、轧制工艺控制以及冷却工艺控制等生产全流程多工序综合控制手段，提供了一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，适用于不同断面尺寸铸坯、不同牌号如GCr15、GCr15SiMn、G8Cr15等的高碳铬轴承钢。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明利用铸坯的碳偏析程度与成品材的带状碳化物严重程度呈线性关系，连铸工序采用多种手段控制，并根据铸坯酸洗低倍评级结果和碳偏析指数进行铸坯分级，选用高质量轧制用铸坯，从源头上降低带状碳化物的严重性；
2、长时间高温加热虽然有助于元素偏析的扩散，但会增加带状碳化物的宽度，所以设定高温扩散时间的上限，铸坯中心高温段加热时间控制在2-5h，并在达到要求后，出钢前10-15min将均热段温度降至1150±20℃，保证在粗轧机组的设备能力下进行轧制，因铸坯存在内外温差，开轧阶段利于变形渗透至心部，破碎并细化枝晶间碳化物；
3、依据钢种的Acm线并考虑偏析，提高终轧温度至920-980℃，温度上限主要是考虑晶粒尺寸的影响，该温度区间带状碳化物还未析出，为后续快冷抑制其析出、长大奠定基础，并且此举克服了低温轧制对设备高能力的要求；
4、终轧机组后利用多组水箱进行分阶段快速冷却，冷却速率不低于10℃/s，终冷温度既要避免过低产生异常组织，也要避免过高碳化物析出不完全，所以上冷床温度控制在650-750℃，既抑制带状碳化物继续析出变宽，又细化碳化物颗粒尺寸。
附图说明
图1是本发明实施例得到的直径25mm棒材带状碳化物形貌；
图2是本发明实施例得到的直径25mm棒材碳化物颗粒尺寸；
图3是对比例1不符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材带状碳化物形貌；
图4是对比例1不符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材碳化物颗粒尺寸；
图5是对比例2符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材带状碳化物形貌；
图6是对比例2符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材碳化物颗粒尺寸。
具体实施方式
实施例
本发明提供了一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，包括以下步骤：
(1)连铸工序：采用低过热度浇铸、结晶器结合凝固末端电磁搅拌、拉速与轻压下相匹配的控制方法生产优质原始铸坯，降低原始铸坯的偏析；
(2)铸坯分级工序：对步骤(1)中的原始铸坯进行酸洗处理和碳偏析检测，根据铸坯酸洗低倍评级结果和碳偏析指数选定高质量轧制用铸坯，高质量轧制用铸坯的选定标准为：铸坯中心疏松≤2.0级、中心偏析≤2.0级、缩孔≤1.0级，碳偏析指数0.95-1.05；
(3)加热工序：对步骤(2)中选定的高质量轧制用铸坯进行加热，其中铸坯高温段温度控制在1200-1240℃，铸坯中心高温段加热时间控制在3.5h，达到高温扩散时间要求后，在出钢前10min，将均热段温度降至1150±20℃，使铸坯形成内外温差；
(4)轧制工序：对步骤(3)中加热后的铸坯采用高压水除磷后开轧，开轧温度控制在1050-1100℃，轧制时利用铸坯厚度方向的内外温差，使变形渗透至心部，最后一道次终轧温度控制在940-960℃；
(5)控冷工序：在终轧机组后利用多组水箱进行分阶段快速冷却，上冷床温度控制在650-700℃，得到符合要求的高碳铬轴承钢。
实施例得到的直径25mm棒材带状碳化物形貌如图1所示，碳化物颗粒尺寸如图2所示。由图1可知，带状碳化物宽度为8μm，因而能降低高碳铬轴承钢带状碳化物的宽度，由图2可知，碳化物颗粒尺寸较小，因而能细化碳化物颗粒的尺寸。
对比例1
对比例1除以下工序外，其余工序与上述的实施例相同。
铸坯分级工序：其中铸坯中心疏松＞2.0、中心偏析＞2.0、缩孔＞1.0，碳偏析指数＞1.05；
加热工序：其中铸坯高温段温度控制在1200-1240℃，铸坯中心高温段加热时间不低于7h；
轧制工序：其中开轧温度控制在1130-1170℃，最后一道次终轧温度控制在800-820℃；
对比例1得到的不符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材带状碳化物形貌如图3所示，碳化物颗粒尺寸如图4所示。由图3可知，带状碳化物宽度为25μm，与图1相比，对比例1得到的不符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材带状碳化物宽度较大；图4与图2相比，对比例1得到的不符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材碳化物颗粒尺寸较大。
对比例2
对比例2除以下工序外，其余工序与上述的实施例相同。
加热工序：其中铸坯高温段温度控制在1200-1240℃，铸坯中心高温段加热时间不低于7h；
轧制工序：其中开轧温度1130-1170℃，最后一道次终轧温度控制在800-820℃。
对比例2得到的符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材带状碳化物形貌如图5所示，碳化物颗粒尺寸如图6所示。由图5可知，带状碳化物宽度为13μm，与图1相比，对比例2得到的符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材带状碳化物宽度较大，而与图3相比，对比例2得到的符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材带状碳化物宽度与对比例1得到的不符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材带状碳化物宽度相比又较小；图6与图2相比，对比例2得到的符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材碳化物颗粒尺寸较大，而图6与图4相比，对比例2得到的符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材碳化物颗粒尺寸与对比例1得到的不符合分级标准的铸坯在长时间高温扩散及低温终轧下得到的直径25mm棒材碳化物颗粒尺寸相比又较小。

Claims (6)

1.一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)连铸工序：采用低过热度浇铸、结晶器结合凝固末端电磁搅拌、拉速与轻压下相匹配的控制方法生产优质原始铸坯，降低原始铸坯的偏析；
(2)铸坯分级工序：对步骤(1)中的原始铸坯进行酸洗处理和碳偏析检测，根据铸坯酸洗低倍评级结果和碳偏析指数选定高质量轧制用铸坯，其中铸坯酸洗低倍评级结果包括铸坯中心疏松、中心偏析、缩孔三项指标；
(3)加热工序：对步骤(2)中选定的高质量轧制用铸坯进行加热，其中铸坯高温段温度控制在1200-1240℃，铸坯中心高温段加热时间控制在2-5h，达到高温扩散时间要求后，在出钢前一段时间降低铸坯均热段温度，使铸坯形成内外温差；
(4)轧制工序：对步骤(3)中加热后的铸坯采用高压水除磷后开轧，轧制时利用铸坯厚度方向的内外温差，使变形渗透至心部，最后一道次终轧温度控制在920-980℃；
(5)控冷工序：在终轧机组后进行快速冷却，得到符合要求的高碳铬轴承钢。
2.根据权利要求1所述的一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，其特征在于步骤(2)的铸坯分级工序中：高质量轧制用铸坯依据GB/T 1979检测，其选定标准具体为：铸坯中心疏松≤2.0级、中心偏析≤2.0级、缩孔≤1.0级，碳偏析指数0.95-1.05。
3.根据权利要求2所述的一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，其特征在于步骤(3)的加热工序中：在出钢前10-15min，将均热段温度降至1150±20℃。
4.根据权利要求1所述的一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，其特征在于步骤(4)的轧制工序中：开轧温度控制在1050-1100℃。
5.根据权利要求3所述的一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，其特征在于步骤(5)的控冷工序中：在终轧机组后利用多组水箱进行分阶段快速冷却，冷却速率不低于10℃/s。
6.根据权利要求5所述的一种降低高碳铬轴承钢带状碳化物宽度及碳化物颗粒尺寸的方法，其特征在于步骤(5)的控冷工序中：上冷床温度控制在650-750℃。
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