扩散退火改善轴承钢液析碳化物试验总结

　　轴承钢是我公司的拳头产品，内在质量相对一直较稳定。但是从去年9月份开始，碳化物液析超标的现象时有发生，客户的退货和产品的降级报废，使公司蒙受了经济和声誉的重大损失。针对这个问题，技术部领导组织有关人员进行研究和试验，我们中试物理组对严重超标的碳化物液析试样进行一系列扩散退火试验。下面就简要说明一下液析碳化物产生的原因及防止办法，结合高温扩散退火试验的结果，提出一些意见及看法，供有关领导和一线生产部门参考。
　　1　液析碳化物产生的原因及防止办法
　　钢锭凝固时所出现的碳化物液析，是液相中碳及合金元素富集而产生的亚稳莱氏共晶，根据铁碳相图，共晶转变的温度约1148℃，碳在Y—FeZ大溶解度为2.11％，而GCr15中碳含量在1.0％左右，正常情况下难以形成共晶反应，但如果钢锭浇注条件不良（如钢液过浇注温度偏高、钢锭冷凝速度缓慢）锭型不合理等所导致的严重枝晶偏析，以及铬元素降低碳在奥氏体中Z大溶解度的综合结果，使得钢液中局部区域可达共晶浓度，在大钢锭中上部易产生液析。
　　钢中碳化物液析经热加工后沿轧制方向分布，其形状一般为链状、块状及条状，一般认为属三角晶系的碳化物，分布于带状组织中。液析碳化物硬度高，脆性大。与网状碳化物、带状碳化物相比，其危害Z大，它易于剥落，成为磨损发源地，大大降低轴承使用寿命，因此国家标准对它的存在有严格的要求。
　　降低钢中枝晶偏析程度，防止莱氏体共晶的生成是消除碳化物液析的根本措施。采用合理锭形、降低浇注温度、高的凝固速度可改善大钢锭中偏析Z为严重的中上部质量。若用发热冒口加大锭形的锥度，可使终凝固区移至冒口线以上。另外热加工过程中的高温扩散退火对消除碳化物液析也是行之有效的，但长时间高温加热，要增加能耗和钢耗，也易造成钢材表面严重的脱碳甚至过烧。
　　2　液析碳化物扩散退火试验
　　2.1 检验分析中发现的严重超标的液析碳化物试样，我们在中心试验室的热处理箱式炉中进行了一系列高温扩散退火试验，试验是将液析不合格的金相试样以及30mm棒材，经不同的扩散退火工艺试验后，观察其液析的变化。试验工艺及检验结果见表1。 　　2.2 从上面的试验数据来看，在1160℃以下，虽经2.5h扩散，但改善效果不太明显：1170℃～1180℃，经2～2.5h扩散，液析碳化物基本消除，1.5h后也得到显著改善；到1200时，1.5h以上已完全消除.即使仅保温1h，也己得到大大改善。从理论上讲，只要在共晶转变温度1148℃以上，保温足够长时间，液析碳化行Z终会完全溶解。在共晶温度以上时，由于部分伪共晶首先熔化，通过固一液相界面扩散系数显著增加，均匀化过程大大加速，但应低于固相线以下温度，扩散的结果实际上是温度和时间的函数，温度越高，时间越长就越易进行碳及合金元素的远程扩散。
　　2.3 高温扩散退火能均匀钢锭的化学成分消除改善显微组织的偏析，对去除液析碳化物是很有效的。但我们应注意几个问题：首先我们的扩散试验是在箱式电阻炉中小试样上进行的.炉温较匀，试样能透烧。而对于钢锭，其透烧时间，加热炉内温度的均匀性很难掌握，难以在2-3h内使钢锭内外达到扩散所需温度。而液析大多分布在钢材心部至直径1/4处。我们在检验中发现很多试样的液析碳化物呈大块状，很难靠短时间内高温扩散来完全消除它，即使依靠高温固溶改善后，而未等到足够时间远程扩散均匀，在以后热处理中，它在局部区域以二次碳化物的形式在晶界偏聚或产生大颗粒的碳化物，对轴承使用性能都是十分不利的，再者进行高温扩散退火必将增加生产成本，降低加热炉使用寿命，延长生产作业周期，从经济角度来看是非不得己而为之的工艺过程。
　　3　改善液析碳化物的几点意见
　　3.1 液析碳化物产生的实质是一种严重的枝晶偏析，改善偏析程度，严格控制浇注工艺才是根本，不能有液析碳化物产生是不可避免的经过高温均热扩散就可以消除的思想。轻微的液析碳化物可以在高温扩散均热以及锻轧中得到改善和消除。但大块的局部严重的液析碳化物难以在后续工序得到较大改善，即使能消除，也可能因该区域的含碳量较高而使碳化物带状及网状的级别增加，这对我公司的轴承钢质量要达到SKF标准是一个很大的威胁。
　　3.2.试验室数据表明在1170℃，2-2.5h；1180℃，1.5h-2.0h；1200℃，1.0h-1.5h能显著改善和消除液析碳化物，但这仅作为一种参考数据。现生产对于大尺寸的钢锭应考虑加热的特性、透烧时间、高温氧化脱碳过热过烧等多种因素，尽量缩短高温下停留时间。据某些资料中有的厂家采用钢锭开坯前实行1230℃下短时间高温扩散来尽消除液析碳化物的，这还需在实践中确认。另外，在钢材脱碳得到解决的前提下，钢坯进行充分均热是更为有效和经济的。
　　3.3 产品的质量是生产出来的，液析碳化物问题的时好时坏，涉及到一个生产管理问题和质量意识问题。我们认为，碳化物液析严重这一问题，在去年九月份之前就已存在，只是由于某些因素的存在而未充分暴露。这些因素是①分厂未按标准取样。②中试试样加工组未按标准切样。③中试金相组检验评级时尺度较宽。④用户验收的宽与严（有些用户进厂不验收内在质量）。所以，生产分厂不能有“工艺未变，为何现在液析严重”的想法。技术部门应制订合理的生产工艺。生产分厂要严格执行生产工艺。生产部门对重点产品应坚持质量，强化职工的质量意识，处理好产量与质量的关系，从而保证我们轴承钢内在质量的稳定性，四方名牌一定可以创造出来。