CN113843299A - 一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法 - Google Patents

一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属制品生产技术领域，涉及一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法。步骤为：通过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸后得到连铸坯；然后连铸坯保温坑缓冷、炉内加热、高压水除磷、控轧、控冷、收集打包、精整和检验，最后再进行球化退火和拉拔；其中退火处理为：将热轧盘条加热到790‑810℃，保温后冷却到690‑720℃，保温后再次冷却至600～650℃，冷却速度≤20℃/h，最后出炉空冷；所得盘条在不经表面处理条件下，经拉拔后获得线材制品；盘条氧化铁皮厚度提高至14μm以上，氧化铁皮中的Fe3O4占比由原来的15‑20％提高至30％以上，且性能良好，未发现碳化物不均匀等异常现象。

Description

一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法
技术领域
本发明属于金属制品生产技术领域，具体涉及一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法。
背景技术
轴承钢含碳量在1.0％左右，属于过共析钢，主要用于加工制作滚动体(滚珠、滚柱、滚针)和套圈。显微组织构成为片状珠光体和碳化物，塑性差，可拉拔性低。故使用前需要先球化退火处理，以改善其加工性能。常规轴承钢线材的生产方法是热轧盘条经球化退火处理后，还需要进行表面处理(酸洗磷化)，然后再进行拉丝加工；这一工艺存在生产周期长，酸洗污染、成本高等特点。
因此，亟需研究一种新的球化退火后免酸洗轴承钢线材的生产方法，通过优化热轧盘条表面质量，氧化铁皮厚度和结构，免去酸洗表面处理，直接拉拔，并可以保证表面质量和拉丝性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法；通过一种新的轴承钢热轧盘条表面质量和氧化铁皮控制方法，球化退火后轴承钢氧化铁皮厚度达14μm以上，氧化铁皮中FeO占比55-70％间，盘条表面无Fe2O3，同时盘条表面内外层氧化铁皮分离或出现裂缝，拉拔时易于脱落。
本发明所要解决的技术问题是提高轴承钢盘条经拉拔后的氧化铁皮机械剥离率，解决钢丝表面氧化铁皮残留问题，改善拉丝性能和表面质量。通过高压水除鳞去除一次氧化铁皮，以及合适的吐丝温度、辊道速度、风机风量和保温罩开启，获得理想的盘条表面质量和氧化铁皮厚度与结构。再经过球化退火处理，保证盘条表面内外层氧化铁皮与基体分离或出现裂缝，拉拔时易于脱落，同时不影响盘条组织和性能。
为了实现以上目的，本发明首先提供一种轴承钢，由下列重量百分比的成分组成：C：0.96～1.03％，Mn：0.30～0.40％，Si：0.20～0.30％，Cr：1.42～1.52％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ni≤0.10％，Cu≤0.10％，Mo≤0.05％，Al：0.008-0.015％，Ti≤0.0030％，[O]≤0.0009％，Ca≤0.0010％，As≤0.04％，Pb≤0.002％，Sn≤0.03％；余量为Fe及不可避免杂质。
本发明还提供一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法，包括以下步骤：
包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到160方连铸坯；然后连铸坯保温坑缓冷、加热炉内加热、高压水除磷、控轧、控冷、收集打包、精整和检验、球化退火、拉拔。具体操作步骤和参数设定如下。
(1)按照各成分控制要求，经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯(160方)；
(2)基于步骤(1)得到的连铸坯，连铸坯直接入保温坑缓冷，缓冷48-72小时，待连铸坯冷却到200℃以下后，将连铸坯运送到堆场，待装炉轧制；
(3)基于步骤(2)缓冷后的连铸坯装炉，在加热炉内加热，空气与煤气的比值为0.55-0.60；预热段温度800-900℃，停留时间≥40分钟；加热二段温度1150-1230℃，停留时间≥40分钟；均热段温度1190-1250℃，停留时间≥40分钟；
(4)基于步骤(3)加热和保温操作后，连铸坯出加热炉，进行高压水除磷，彻底去除一次氧化铁皮；
(5)基于步骤(4)高压水除磷后进行轧制，开轧温度1090-1150℃，先后经过粗轧、中轧、精轧、减定径轧机轧制，终轧温度860-900℃，吐丝温度820-850℃；
(6)基于步骤(5)轧制后进行控冷，条件为：风机风量为30-60％、辊道速度为0.3-0.5m/s，控制盘条的冷却速度和氧化皮厚度与结构；
(7)对步骤(6)热轧控冷后的盘条进行收集、表面检查、打包、精整和检验；
(8)基于步骤(7)收集的热轧盘条，在保护气氛(氮气)下，在井式炉内对热轧盘条进行球化退火处理；具体处理条件为：将热轧盘条加热到790-810℃，保温2～3小时，然后以≤20℃/h的冷却速度随炉冷却到690-720℃间，保温3～5小时，再以≤20℃/h的冷却速度随炉冷却到600～650℃，最后出炉空冷；
(9)基于步骤(8)球化退火后的盘条，在不经表面处理条件下，利用金刚石拉丝模具和拉丝机进行拉拔加工，获得所需要的线材制品。
优选的，步骤(2)中所述缓冷的时间为60-72个小时。
优选的，步骤(3)中所述预热段、加热二段和均热段的总停留时间为120-160分钟。
优选的，步骤(4)中所述除磷压力为23-25MPa。
优选的，步骤(6)中所述风机风量为50-60％，辊道速度为0.45-0.5m/s。
优选的，步骤(8)中所述热轧盘条加热到790-810℃，保温2小时；冷却到690-720℃，保温4小时。
优选的，步骤(8)中所述冷却速度为15-20℃/h。
本发明的优点和技术效果是：
热轧盘条经球化退火后，获得光滑的表面质量，盘条氧化铁皮厚度由原来的4-10μm提高至14μm以上，氧化铁皮中的Fe3O4占比由原来的15-20％提高至30％以上，且盘条表面最外层无Fe2O3。同时，盘条的力学性能、组织满足标准要求，未发现碳化物不均匀等异常现象。在不经历表面处理的条件下，利用金刚石模具和拉丝机拉拔，氧化铁皮在出模具后呈块状脱落，且基体基本无残留，线材表面未见拉拔加工缺陷，模具质量未出现恶化。
本发明与常规表面处理工序相比，省去了酸性+磷化+皂化过程，降低了工序成本，同时减少了环境污染，而且产品质量未出现差异。
附图说明
图1为对比例1中热轧态氧化铁皮的形貌图。
图2为实施例1中热轧态氧化铁皮的形貌图。
图3为对比例1中球化退火后氧化铁皮的形貌图。
图4为实施例1中球化退火后氧化铁皮的形貌图。
图5为对比例1拉拔后氧化铁皮的形貌图。
图6为实施例1拉拔后氧化铁皮的形貌图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
对比例1：
常规生产
成分：C：0.99％，Mn：0.35％，Si：0.25％，Cr：1.46％，P：0.008％，S：0.003％，Ni：0.02％，Cu：0.02％，Mo：0.01％，Al：0.011％，Ti：0.0013％，[O]：0.0005％，Ca：0.0001％，As：0.004％，Pb：0.0002％，Sn：0.003％；余量为Fe及不可避免杂质。
传统步骤：转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到160方连铸坯；然后连铸坯保温坑缓冷、加热炉内加热、高压水除磷、控轧、控冷、收集打包、精整和检验、球化退火、表面处理(酸洗+磷化+皂化)、拉拔。
(1)按照各成分控制要求，经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到160方连铸坯；
(2)连铸坯直接入保温坑缓冷，缓冷72个小时，待连铸坯最高温度冷却到200℃以下后，将连铸坯运送到堆场，待装炉轧制；
(3)连铸坯装炉，在加热炉内加热，空气与煤气的比值为0.55；预热段温度815℃，停留时间45分钟；加热二段温度1180℃，停留时间45分钟；均热段温度1200℃，停留时间40分钟；
(4)连铸坯出加热炉，进行高压水除磷，除磷压力18MPa，去除一次氧化铁皮；
(5)开轧温度1120℃，先后经过粗轧、中轧、精轧、减定径轧机轧制，终轧温度880℃，吐丝温度835℃；
(6)通过风机风量(45％)和辊道速度(0.35m/s)调整，控制盘条的冷却速度和氧化皮厚度与结构；
(7)对热轧盘条进行收集、表面检查、打包、精整和检验；
(8)在保护气氛(氮气)下，在井式炉内对热轧盘条进行球化退火处理。将热轧盘条加热到800℃，保温2小时，然后以20℃/h的冷却速度随炉冷却到710℃，保温4小时，再以18℃/h的冷却速度随炉冷却到650℃，最后出炉空冷；
(9)经表面处理(酸洗+磷化+皂化)后，利用硬质合金拉丝模具和拉丝机进行拉拔加工，获得所需要的线材制品。
实施例1：
本发明成分：C：0.98％，Mn：0.35％，Si：0.24％，Cr：1.47％，P：0.010％，S：0.002％，Ni：0.02％，Cu：0.02％，Mo：0.03％，Al：0.009％，Ti：0.0015％，[O]：0.0006％，Ca：0.0001％，As：0.004％，Pb：0.0002％，Sn：0.005％；余量为Fe及不可避免杂质。
本发明步骤：转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到160方连铸坯；然后连铸坯保温坑缓冷、加热炉内加热、高压水除磷、控轧、控冷、收集打包、精整和检验、球化退火、拉拔。
(1)按照各成分控制要求，经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到160方连铸坯；
(2)连铸坯直接入保温坑缓冷，缓冷72个小时，待连铸坯最高温度冷却到200℃以下后，将连铸坯运送到堆场，待装炉轧制；
(3)连铸坯装炉，在加热炉内加热，空气与煤气的比值为0.56；预热段温度820℃，停留时间44分钟；加热二段温度1180℃，停留时间45分钟；均热段温度1210℃，停留时间42分钟；
(4)连铸坯出加热炉，进行高压水除磷，除磷压力23MPa，彻底去除一次氧化铁皮；
(5)开轧温度1110℃，先后经过粗轧、中轧、精轧、减定径轧机轧制，终轧温度875℃，吐丝温度840℃；
(6)在原有基础上，风机风量提高10％和辊道速度提高0.15m/s，控制盘条的冷却速度和氧化皮厚度与结构；
(7)对热轧盘条进行收集、表面检查、打包、精整和检验；
(8)在保护气氛(氮气)下，在井式炉内对热轧盘条进行球化退火处理。将热轧盘条加热到800℃，保温2小时，然后以20℃/h的冷却速度随炉冷却到705℃，保温4小时，再以18℃/h的冷却速度随炉冷却到650℃，最后出炉空冷；
(9)在不经表面处理条件下，利用金刚石拉丝模具和拉丝机进行拉拔加工，获得所需要的线材制品。
性能测试：
以对比例1介绍的冷装和实施例1介绍的热装进行结果对比，具体详见附图；
图1为对比例1中热轧态氧化铁皮的形貌图，从图中可以看出氧化铁皮与基体或黏连或部分分离，并呈现锯齿状结合，氧化铁皮分为三层：从表面到基体，依次为Fe2O3、Fe3O4、FeO；其中Fe2O3层厚度从1.69μm到4.54μm，总厚度又达到了10.72μm，氧化铁皮厚度不均。
图2为实施例1中热轧态氧化铁皮的形貌图，从图中可以看出通过提高高压水除磷压力和控轧控冷，氧化铁皮表面变得光滑，其中Fe2O3层厚度基本为1.8～2μm，总厚度为5.73μm，氧化铁皮厚度均匀，与基体黏连。
图3为对比例1中球化退火后氧化铁皮的形貌图，可以看出氧化铁皮与基体间呈现锯齿尖角和密集凹坑，或黏连或部分分离，且氧化铁皮厚度不均。
图4为实施例1中球化退火后氧化铁皮的形貌图，氧化铁皮与基体分离，且氧化铁皮厚度相对均匀。
图5为对比例1拉拔过程操作图(左)和拉拔后氧化铁皮的形貌图(右)，氧化铁皮呈现粉末状脱落，且脱落不完全。
图6为实施例1拉拔后氧化铁皮的形貌图，氧化铁皮呈现条块状脱落，且基体表面光滑。
本发明相对于表面处理轴承钢线材而言，通过提高高压水除磷压力、控制热轧盘条冷却和选用金刚石拉丝模具，免去了球化退火后表面处理工序。经球化退火后，盘条可直接用于拉拔加工，且表面质量未出现恶化。本发明具有缩短生产周期，减少环境污染，降低能耗和成本的优势，同时还满足线材制品的产品质量要求。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照各成分控制要求，经过转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸操作，得到连铸坯；
(2)基于步骤(1)得到的连铸坯，将连铸坯直接入保温坑缓冷，缓冷48-72小时，待连铸坯冷却到200℃以下后，将连铸坯运送到堆场，待装炉轧制；
(3)基于步骤(2)缓冷后的连铸坯装炉，在加热炉内加热，空气与煤气的比值为0.55-0.60；预热段温度800-900℃，停留时间≥40分钟；加热二段温度1150-1230℃，停留时间≥40分钟；均热段温度1190-1250℃，停留时间≥40分钟；
(4)基于步骤(3)加热和保温操作后，连铸坯出加热炉，进行高压水除磷；
(5)基于步骤(4)高压水除磷后进行轧制，开轧温度1090-1150℃，先后经过粗轧、中轧、精轧、减定径轧机轧制，终轧温度860-900℃，吐丝温度820-850℃；
(6)基于步骤(5)轧制后进行控冷，条件为：风机风量为30-60％、辊道速度为0.3-0.5m/s；
(7)对步骤(6)热轧控冷后的盘条进行收集、表面检查、打包、精整和检验；
(8)基于步骤(7)收集的热轧盘条，在氮气保护气氛下，在井式炉内对热轧盘条进行球化退火处理；具体处理条件为：将热轧盘条加热到790-810℃，保温2～3小时，然后以≤20℃/h的冷却速度随炉冷却到690-720℃，保温3～5小时，再以≤20℃/h的冷却速度随炉冷却到600～650℃，最后出炉空冷；
(9)基于步骤(8)球化退火后的盘条，在不经表面处理条件下，利用金刚石拉丝模具和拉丝机进行拉拔加工，获得所需要的线材制品；
其中，所述轴承钢由下列重量百分比的成分组成：C：0.96～1.03％，Mn：0.30～0.40％，Si：0.20～0.30％，Cr：1.42～1.52％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ni≤0.10％，Cu≤0.10％，Mo≤0.05％，Al：0.008-0.015％，Ti≤0.0030％，[O]≤0.0009％，Ca≤0.0010％，As≤0.04％，Pb≤0.002％，Sn≤0.03％；余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法，其特征在于，步骤(2)中所述缓冷的时间为60-72小时。
3.根据权利要求1所述的一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法，其特征在于，步骤(3)中所述预热段、加热二段和均热段的总停留时间为120-160分钟。
4.根据权利要求1所述的一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法，其特征在于，步骤(4)中所述除磷压力为23-25MPa。
5.根据权利要求1所述的一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法，其特征在于，步骤(6)中所述风机风量为50-60％，辊道速度为0.45-0.5m/s。
6.根据权利要求1所述的一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法，其特征在于，步骤(8)中所述热轧盘条加热到790-810℃，保温2小时；冷却到690-720℃，保温4小时。
7.根据权利要求1所述的一种球化退火后免酸洗高碳铬轴承钢线材的生产方法，其特征在于，步骤(8)中所述冷却速度为15-20℃/h。
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