[發明專利]一種基于強對流保護性氣氛下的GCr15軸承鋼球化退火工藝

有效

• 申請號: 201210349020.0
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102876858A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 王靜輝;王聯世
• 申請（專利權）人: 洛陽鼎輝特鋼制品股份有限公司
• 主分類號: C21D1/32
• 分類號: C21D1/32;C21D1/74;C21D11/00
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所 41118
• 代理人: 盧洪方

?技術領域

本發明屬于金屬材料熱處理技術領域，涉及一種GCr15軸承鋼球化退火工藝，尤其是軸承滾動體材料大爐量情況下退火組織均一性技術。

?背景技術　　

所述GCr15軸承鋼組成元素以Fe為基體：同時含C：0.95～1.05％；Cr：1.40～1.65；?Mn：0.25～0.45；?Si：0.15～0.35；?S≤0.025、P≤0.025、Mo≤0.10、Ni≤0.30、Cu≤0.25、Ni+Cu≤0.50；其他微量元素鈦(Ti)、釩(V)、鎢(W)、硼(B)、氮(N)、氧（Ｏ）等及稀土類(Xt)亦加以控制（執行標準:?GB/T18254-2002）。GCr15是高鉻軸承鋼的典型牌號，占鉻軸承鋼產量的９０％左右，其線材主要用于制造軸承滾動體。

軸承鋼球化退火的目的，一是獲得合適硬度，以利于后續冷拉拔、冷鐓及切削加工；二是獲得鐵素體基體上均勻分布著細小球狀碳化物顆粒的組織，為最終高溫淬火和回火提供組織準備。碳化物的組織形態(形狀、大小、數量和分布)對最終性能影響很大，但因淬火時有相當多的碳化物不能溶解，所以淬火后碳化物的組織形態基本上仍由球化退火所決定，因此球化退火是軸承滾動體生產中極其重要的工藝技術.

目前，GCr15軸承鋼球化退火最常用的兩種傳統工藝是普通球化退火和等溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1（約為735～760℃）以上20～50℃，保溫適當時間，然后隨爐冷卻(50℃／h)至600℃左右出爐空冷；等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度(690～720℃)進行等溫，等溫后隨爐冷至600℃左右出爐空冷；此外，實踐中有的單位開發了諸如周期球化退火（循環球化退火）、快速退火等工藝技術，如在Ac1點附近的溫度反復進行加熱和冷卻，一般進行3～4個周期，使片狀珠光體在幾次溶解一析出的反復過程中，碳化物得以球化。

上述球化退火工藝存在的不足之處是：

傳統球化退火工藝是在早期基于爐型簡單、爐容量較小的背景下出現的，目前許多關于球化退火的研究工作也往往是在實驗室條件下進行的，隨著現代大型工業加熱爐的出現，影響球化退火質量的因素也越來越多、愈來愈復雜，許多在單件、小件退火背景下不起作用的因素常常在新條件下變為必須十分注意控制的因素，但這方面的研究還很不夠。如普通球化退火在大爐容量時,材料熱均勻性差，常出現碳化物的顆粒不均勻,材料局部可能過燒，而有的地方卻欠熱，硬度不一致，影響以后的冷加工及最終淬回火的組織和性能；等溫球化退火工藝是利用不均勻奧氏體中未溶碳化物或奧氏體中高濃度碳偏聚區的非自發形核作用來加速球化，由于一般情況下等溫時間較長（為其加熱保溫時間的1.5倍），對于細珠光體組織，往往會轉變為粗大珠光體組織，其結果不利于碳化物的球化；至于重復擺動球化退火，其工藝操作繁雜，很不經濟，只適用于小型和少量工件的熱處理。也有少數鋼廠進行了熱軋過程中的控軋控冷實驗，以期達到使熱軋鋼絲內部組織球化的目的，但這種方式嚴重影響鋼廠生產效率，且球化質量不高，難以完全替代專業化的球化退火工藝技術。

GCr15盤條一般每盤質量在２.5Ｔ左右，為提高效率、節省能源，實踐中多采用十余或數十噸材料一次處理。上述傳統球化退火工藝條件下，在爐型較大、裝爐量較多和需要拼爐裝料時，由于材料規格、化學成分（主要是微量元素）的差異、加熱爐有效加熱區溫度與保溫時間的不一致、爐料噸位較大時熱慣性亦較大等因素影響，很難保證材料處理后的質量均一性，實踐中往往會造成同一爐次球化退火質量明顯不均勻、不同爐次的質量重復性較差，從而造成后續加工生產的軸承滾動體質量分散度較高。

球化退火屬于不完全退火，它之所以能使滲碳體球化，在因為相變時奧氏體化是“不完全”的，其加熱溫度只高于Ac1不多，在片狀珠光體轉變成奧氏體的同時，有少量碳化物溶解，還有大量碳化物保留著，在冷卻的時候，成為溶于奧氏體中碳化物的結晶核心。另外溶于奧氏體中的碳化物，其成分并不均勻，在碳化物原先存在的地方，含碳濃度高，由此造成奧氏體中各處碳濃度的差別，于是，當濃度不均勻的奧氏體冷卻到Ar1以下時，未溶的碳化物及濃度不均勻的奧氏體，便析出碳化物，同時由于表面張力的作用形成了球粒狀珠光體。