[发明专利]一种降低GCr15轴承钢带状碳化物级别的轧制及冷却工艺方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种轴承钢轧制及冷却工艺方法，尤其涉及一种降低GCr15轴承钢带状碳化物级别的轧制、冷却及热处理工艺方法。

背景技术

轴承钢使用广泛，由于其具备很高的接触疲劳和耐磨性能，使得轴承钢应用在各行各业，大到轧机的轴承，小到微型马达里的轴承，轴承钢无所不在。轴承钢的接触疲劳和耐磨性能主要决定于组织中的碳化物。碳化物的现状、大小、分布均匀性极大地影响上述性能。一般轴承钢都需经过球化退火后使用，这时的碳化物基本上呈球状质点分布在铁素体基体中，但会沿轧制方向呈带状分布。带状碳化物主要是由于液析碳化物经高温扩散退火后的合金成分偏析仍然存在，并且沿轧制方向拉长延伸分布，在轧制或者冷却过程中析出的各种类型的碳化物沿轧向分布，形成带状。如Cr₇C₃液析碳化物经高温扩散退火后，虽然液析碳化物溶解消失，但其造成的Cr的成分偏析仍然在原液析碳化物位置附近，因为Cr扩散速度慢，经扩散退火后不能完全均匀分布在钢坯中。在现有常规轧制或者冷却工艺过程中Cr的其它类型的碳化物会在Cr的富集区析出形成带状碳化物。现有轴承钢的轧制、冷却及热处理工艺条件下不能消除带状碳化物，只能消除液析和网状碳化物。带状碳化物仍然是困扰轴承钢质量的一个关键指标。

经检索，国内外关于轴承钢碳化物控制的专利主要集中在连铸阶段和加热阶段，基本没有在轧制和冷却阶段做过相应研究和专利申请。如日本JP3075312专利主要从加热制度上进行碳化物分布的控制；JP59137164主要在连铸阶段采用电磁搅拌来从源头上改善碳化物分布；球化退火热处理阶段不能消除带状碳化物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低GCr15轴承钢带状碳化物级别的轧制及冷却工艺方法，采用该工艺方法制造的轴承钢，能够消除或降低带状碳化物级别，很好地满足了中国国家标准的要求。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：

一种降低GCr15轴承钢带状碳化物级别的轧制及冷却工艺方法，包括以下步骤：

（1）钢水经模铸或者连铸后进行高温扩散退火，温度1260℃保温1-3小时；

（2）扩散退火后的坯料经初轧开坯成板坯或者方坯；

（3）钢坯在1150-1200℃加热炉加热1-2小时后在板材或者棒线材轧机上多道次轧制成成品钢材；轧制开轧温度不低于1120℃，终轧温度不低于1020℃；

（4）轧后立即水冷，开冷温度不低于1000℃，穿水冷却至620-660℃，水冷速度不低于50℃/s；

（5）球化退火制度为随炉升温至780℃保温40分钟，然后以20℃/小时冷至650℃出炉空冷。

下面对本发明的主要工艺控制过程对降低GCr15轴承钢带状碳化物的影响作详细叙述。

制造工艺过程对轴承钢产品的影响：

连铸或模铸：保证铸坯内部成分均匀和表面质量良好，模铸的钢锭需轧制成钢坯。连铸可采用电磁搅拌改善偏析和液析碳化物的分布。

高温扩散退火：模铸钢锭或者连铸钢坯需要经过高温扩散退火进行液析碳化物溶解扩散，保温时间取决于钢锭、钢坯大小规格，扩散退火的温度为1260℃，时间一般1-3小时，不够的可延长。这时液析碳化物可绝大部分溶解，但Cr的偏析不能完全消除，同时C的偏析得到很大程度地改善。

开坯：扩散退火的钢锭或者连铸坯经初轧轧制开坯，采用常规加热、轧制和冷却制度开坯。开坯的主要目的是获得适合板材或者棒线材轧机使用的坯料，同时经过二次加热开坯能改善碳化物的分布。

加热和轧制：钢坯在1150～1200℃的温度下加热1-2小时后在板材或者棒线材轧机上多道次轧制成成品钢材。轧制开轧温度不低于1120℃，终轧温度不低于1020℃。加热使组织充分奥氏体化，碳化物完全溶解于基体中；终轧温度不低于1020℃，可避免在轧制阶段Cr的碳化物的析出。

快速冷却：轧后立即水冷，开冷温度不低于1000℃，穿水冷却至620-660℃，水冷速度不低于50℃/s。此快速冷却的目的是抑制Cr的碳化物的析出，如C₂₃C₆，消除或者降低带状碳化物的级别。轧后的快速冷却可抑制Cr的碳化物的析出，使得绝大部分Cr处于固溶状态，在随后的奥氏体相变过程中碳化物主要以Fe₃C的形式析出。由于钢坯经过高温扩散退火，其C的分布基本比较均匀化，偏析较小，所以Fe₃C形式的碳化物析出不会聚集成带状形式，因此带状碳化物得到了有效的抑制。