控軋控冷技術(shù)在軸承鋼生產(chǎn)中的應用

控軋控冷技術(shù)在軸承鋼生產(chǎn)中的應用關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:控制軋制控制冷卻軸承鋼細化品粒一引言隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，滾動軸承的使用量日益增加。軸承的主要損壞形式是接觸疲勞破壞，因此要求軸承鋼具有高的接觸疲勞強度，同時具有高的耐磨性和良好的工藝性能。GCr15具有良好的綜合性能，因而成為軸承行業(yè)中應用最為廣泛的鋼種之一?？剀埧乩涫窃谲堉七^程中通過控制加熱溫度、軋制過程、冷卻條件等工藝參數(shù)，改善鋼材的強度、韌性、焊接性能。該項技術(shù)問世20年來，經(jīng)過不斷地完善和鞏固，已經(jīng)逐步擴展到海洋結(jié)構(gòu)用鋼、管線、型材等各個領(lǐng)域。將控軋控冷技術(shù)應用于軸承鋼能使得鋼材的綜合性能得到大幅提高，取得巨大的經(jīng)濟效益。二控制軋制控制軋制（Controlledrolling）：熱軋過程中通過對金屬加熱制度、變形制度和溫度制度的合理控制，使熱塑性變形與固態(tài)相變結(jié)合，獲得細小品粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學性能的軋制新工藝。1控制軋制的類型控制軋制方式示意圖（a）奧氏體再結(jié)品區(qū)控軋；（b）奧氏體未再結(jié)品區(qū)控軋；（c）（y+a）兩相區(qū)控軋（1）奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制（又稱I型控制軋制）控制軋制方式示意圖奧氏體再結(jié)品區(qū)控制軋制的主要目的是通過對加熱時粗化的初始奧氏體品粒反復進行軋制再結(jié)晶使之細化，并從而使奧氏體到鐵素體相變后得到細小的鐵素體品粒。并且，相變前的奧氏體品粒越細，相變后的鐵素體品粒也變的越細。把鋼相變前的奧氏體品粒直徑和相變后的奧氏體品粒直徑之比成為y/a變換比。當奧氏體品粒粗大時此比值遠遠大于1,即由一個奧氏體品?？梢援a(chǎn)生幾個鐵素體品粒。當相變前的奧氏體品粒細小時，該y/a變換比接近于1，所以，在僅僅由于再結(jié)品奧氏體品粒微細化而引起的奧氏體的品粒細化方面存在一個極限。奧氏體再結(jié)品區(qū)軋制是通過再結(jié)晶使奧氏體品粒細化，從這種意義上說，它實際上是控制軋制的準備階段。奧氏體再結(jié)品區(qū)域通常是在約950°C以上的溫度范圍。奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制(又稱II型控制軋制)在奧氏體未再結(jié)品區(qū)進行控制軋制時，y品粒沿軋制方向伸長，y晶粒內(nèi)部產(chǎn)生形變帶。此時不僅由于晶界面積增加，提高了a的形核密度，而且也在形變帶上出現(xiàn)大量的鐵素體品核。這樣就進一步促進了a品粒的細化。相變后的鐵素體品粒隨著未再結(jié)品區(qū)總壓下率的增加變細。如果剛相變前的奧氏體品粒度和未再結(jié)晶奧氏體品粒的伸長程度相同，則y/a相變溫度越低，相變后的鐵素體晶粒越細。奧氏體未再結(jié)品的溫度區(qū)間一般為950。。?Ar3。(y+a)兩相區(qū)軋制在Ar3點以下的(y+a)兩相區(qū)軋制時，未相變y品粒更加伸長，在品內(nèi)形成形變帶。另一方面，已相變后的鐵素體品粒在受到壓下時，于晶粒內(nèi)形成亞結(jié)構(gòu)。在軋后的冷卻過程中前者發(fā)生相變形成微細的多邊形品粒而后者因回復變成內(nèi)部含有亞品粒的鐵素體品粒。因此兩相區(qū)軋制得到的組織為大傾角晶粒和亞品粒的混品組織。在控制軋制實踐中常常把這三種軋制方式聯(lián)系在一起而進行連續(xù)軋制。并稱之為控制軋制的三階段。2控制軋制工藝特點控制加熱溫度加熱溫度決定軋制前奧氏體品粒的大小，溫度越低晶粒越細。控制軋制溫度在控制軋制中所采用的軋制溫度是依所采用的控制軋制類型而異。在奧氏體區(qū)軋制時，終軋溫度越高，奧氏體品粒越粗大，轉(zhuǎn)變后的鐵素體品粒也越粗大，并易出現(xiàn)魏氏組織，對鋼的性能不利，因此要求最后幾道次的軋制溫度要低。控制變形程度為了保證鋼材的強度和韌性，要求在低溫范圍內(nèi)要有一定大小的變形程度。在奧氏體區(qū)軋制時，道次壓下量必須要大于臨界壓下量，尤其在動態(tài)再結(jié)品區(qū)間，否則將產(chǎn)生混品?？刂栖堉坪罄鋮s速度鋼材于軋后冷卻除采用空冷外，還可以采用吹風，噴水，穿水等冷卻方式。由于冷卻速度的不同，鋼材可以得到不同的組織和性能。三控制冷卻控制冷卻（Controlledrolling）:是控制軋后鋼材的冷卻速度達到改善組織和性能的目的。由于熱軋變形的作用，促使變形奧氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ar3）的提高，相變后的鐵素體品粒容易長大，造成力學性能降低。為了細化鐵素體品粒，減少珠光體片層間距，組織碳化物在高溫下析出，以及提高析出強化效果而采用控制冷卻工藝。1控制冷卻的三個階段（1）一次冷卻從終軋溫度開始到變形奧氏體向鐵素體開始轉(zhuǎn)變溫度Ar3,或二次碳化物開始析出溫度Arcm溫度范圍內(nèi)的冷卻控制，即控制冷卻的開始溫度、冷卻速度及終止溫度。這一階段是控制變形奧氏體的組織狀態(tài)，組織奧氏體品粒長大，阻止碳化物的析出，固定因變形引起的位錯，降低相變溫度，為相變做組織上的準備。（2）二次冷卻從相變開始溫度到相變結(jié)束溫度范圍內(nèi)的冷卻控制。主要是控制鋼材相變時的冷卻速度和停止控冷的溫度，及通過控制相變過程，保證鋼材快冷后得到所要求的金相組織和力學性能。（3）三次冷卻（空冷）三次冷卻是相變后全室溫范圍內(nèi)的冷卻。對于低碳鋼，相變后冷卻速度對組織無影響；對合金鋼空冷時發(fā)生碳化物的析出，對生產(chǎn)的貝氏體產(chǎn)生輕微的回火效果。對于高碳鋼和高碳合金鋼軋后控制冷卻的第一階段（一次冷卻）也是為了細化變形奧氏體，降低二次碳化物的析出溫度，甚至阻止碳化物由奧氏體中析出，降低網(wǎng)狀碳化物析出量。降低網(wǎng)狀碳化物級別，減少珠光體球團尺寸。而二次冷卻的目的是為了改善珠光體的形貌和片層間距。2控制冷卻的實質(zhì)對控制軋制后的奧氏體用高于空冷的速度從Ar3以上的溫度冷卻至相變溫度區(qū)域，通過進行控制冷卻，防止變形奧氏體品粒長大，降低Y—。的相變溫度，不使鐵素體品粒長大細化珠光體組織?？刂评鋮s引起的Ar3降低，對再結(jié)晶奧氏體水冷效果并不很大，但對未再結(jié)晶奧氏體進行控冷，會明顯使奧氏體細化?？刂坪蠹毣俗冃螉W氏體組織經(jīng)快速冷卻，使相變組織發(fā)生相應變化，鋼中的析出物的大小、數(shù)量、析出部位發(fā)生變化，從而提高鋼的強韌性。四GCr15軸承鋼概述軸承鋼因化學成分的高碳、含有1.5%左右的Cr,在凝固過程中遵循相律和選分結(jié)品的自然規(guī)律，鋼液最終凝固時在樹枝狀品之間凝固析出（Fe、Cr）3C及Cr7C3大顆粒碳化物，即碳化物液析。這種碳化物屬于三角品系，其硬度和脆性極高，易與奧氏體形成亞穩(wěn)態(tài)萊氏體共晶產(chǎn)物，是碳化物不均勻性中危害最大的一種。而軸承鋼在鍛軋加工后的緩慢冷卻過程中，由于碳在奧氏體中的溶解度降低,二次碳化物沿奧氏體品界呈網(wǎng)狀析出。網(wǎng)狀碳化物形成于700?900。。之間，在700?750。。二次碳化物析出最強烈。網(wǎng)狀碳化物的存在，大大地削弱了基體品粒間的聯(lián)系，使軸承的接觸疲勞強度顯著降低，同時也降低了軸承滾道的接觸應力。GCr15是一種傳統(tǒng)的高碳銘軸承鋼，主要用于制造各種軸承的滾珠、滾柱和軸套等。因其在服役過程中需承受極高的交變載荷，所以要求這類鋼不僅具有良好的強韌配合，還要求有較高的抗疲勞性能和耐磨性。但其中的碳化物不均勻分布，尤其是網(wǎng)狀碳化物的存在，會增加鋼的脆性、降低軸承的疲勞壽命，因而成為人們一直關(guān)注的焦點問題?大量的實驗和生產(chǎn)實踐證明，只有當軸承鋼具有隱品回火馬氏體+細小滲碳體顆粒時才能較好的滿足上述要求。通常為了獲得隱晶回火馬氏體+細小滲碳體顆粒組織，要求軸承鋼具有良好球化的珠光體組。為了獲得良好球化的珠光體組織，軸承鋼球化退火前應為盡量消除網(wǎng)狀碳化物的細片狀珠光體組織。五控制軋制與控制冷卻在GCr15軸承鋼中的應用1軸承鋼的控軋控冷工藝軸承鋼有不同類型的控軋工藝，而軋后與控制冷卻相結(jié)合，可以形成不同的三種組合工藝，即高溫再結(jié)品型控軋與軋后快冷結(jié)合工藝；高溫再結(jié)品型和未再結(jié)品型控軋與軋后快冷結(jié)合工藝；高溫再結(jié)品型、未再結(jié)品型和奧氏體與碳化物兩相區(qū)控軋與軋后快冷結(jié)合工藝。為了減輕網(wǎng)狀碳化物，縮短球化退火時間，目前GCr15軸承鋼的生產(chǎn)一般采用由高溫開始的連續(xù)軋制，低溫終軋，即奧氏體與碳化物兩相區(qū)終軋的控制軋制，軋后快冷工藝。有文獻指出，終軋溫度740°C，軋后快冷至720°C時，效果最好。這是因為GCr15軸承鋼的網(wǎng)狀碳化物的析出溫度范圍一般在700~900C。大量析出碳化物的溫度在700?850C。為防止網(wǎng)狀碳化物的析出，就必須加快在這一區(qū)間鋼材的冷卻。由于變形誘導析出作用，促使碳化物在高于平衡條件下析出溫度Arcm之上提前析出，也就是二次碳化物在高溫析出速度加快，大量析出的溫度區(qū)間范圍會相應提高。因此，控制軋制之后采用快冷至720?780C之間，就可以使變形奧氏體品粒來不及長大，碳化物分散而細小。2軸承鋼控軋控冷工藝的特點鋼坯加熱溫度比普通熱軋的加熱溫度稍低些，防止原始奧氏體品粒粗大，出爐軋制后到精軋機列前或終軋前1道次?3道次，通過強化冷卻將軋件冷到兩相區(qū)軋制。使未再結(jié)晶奧氏體和碳化物同時受到塑性加工，使先析出的碳化物網(wǎng)狀形成細小，分散小條狀的碳化物顆粒。軋后進行快冷，達到一定溫度時必須停止快冷，避免在表面形成馬氏體組織或形成裂紋，快冷后進行空冷全室溫。六結(jié)束語應用控制軋制和控制冷卻技術(shù)使鋼材的強度和低溫韌性有較大幅度的改