GCr15轴承钢碳化物液析的控制工艺探讨
发布时间：2014-07-16郭书玲
（石家庄钢铁公司二轧厂，河北石家庄 050031）
摘 要：石钢二轧厂为进一步控制GCr15轴承钢碳化物液析，采用150mm×150mm坯型、两种加热工艺制度生产<Φ38mm、≥Φ38mm规格钢材，使轴承钢的液析得到了控制，取得了明显效果。（石家庄钢铁公司二轧厂，河北石家庄 050031）
关键词：GCr15轴承钢；液析；温度；时间
石钢生产的轴承钢GCr15产品主要用作穿管、轴承的外套，也有用作轴承滚珠的，市场容量较大。由于目前产品存在一些质量问题，尤其是碳化物液析，影响了钢的组织性能，为减轻GCr15钢液析缺陷、提高产品性能、增强产品的市场竞争力，对GCr15钢的组织和性能进行了研究，碳化物液析得到了控制，达到了用户要求。
1 轴承钢液析的控制
1.1 碳化物液析控制工艺
高碳铬轴承钢在凝固过程中，都不同程度存在着宏观和微观偏析，铁铬碳三元合金会产生碳化物，GCr15连铸坯的加热过程实际上是珠光体→奥氏体的转变以及碳化物的扩散和溶解过程。在生产中，首先应从冶炼浇铸工艺着手，在锭或坯上尽Z大可能降低偏析程度，控制好初生碳化物的形状。然后在加工工序采取合理的扩散处理措施，才能取得较好的效果，其中加热是轧制车间的一道关键工序。
1.2 温度控制
轴承钢的高温扩散理论用碳的扩散系数来表示扩散程度或直接表现液析水平，扩散系数D可表达为；
D=D0e-Q/RT
对于GCrl5轴承钢，D0、Q为定值，D0为扩散常数（约0.175cm2/s），Q为扩散活化能（约150kJ/mol），e为常数（2.71828），R为气体常数[8.3192J/（mol•K）]，T为温度。
温度T在1000～1260℃时，GCrl5轴承钢中碳的扩散系数近似值（表1）。通过大量的试验及数据统计分析，钢坯的加热温度为1220～1260℃。
温度T在1000～1260℃时，GCrl5轴承钢中碳的扩散系数近似值（表1）。通过大量的试验及数据统计分析，钢坯的加热温度为1220～1260℃。
表1 GCrl5轴承钢的碳扩散系数近似值
1.3 保温时间控制
用在高温长时间保温后的钢坯生产出来的钢材，碳化物不均匀性必然很小。尽管延长保温时间可以增加扩散的效果，降低钢中碳化物不均匀性，但过分的延长保温时间一方面是不经济的，另一方面可能造成粘钢。
2 二轧厂轧制工艺流程
二轧厂轧制工艺流程，见图1。
用在高温长时间保温后的钢坯生产出来的钢材，碳化物不均匀性必然很小。尽管延长保温时间可以增加扩散的效果，降低钢中碳化物不均匀性，但过分的延长保温时间一方面是不经济的，另一方面可能造成粘钢。
2 二轧厂轧制工艺流程
二轧厂轧制工艺流程，见图1。
图1 二轧厂轧制工艺流程
二轧厂现加热炉为燃热脏发生炉煤气、空气预热、平炉顶、三段温控、两侧烧嘴供热、端进侧出式推钢加热炉，烧嘴为低压涡流式，个数为30+2，热效率44%，烟囱高50m；尺寸为33042mm×3712mm；其中，预热段为13107mm、加热段为11698mm、均热段为8236mm、烧嘴对侧间隔布置，烧嘴间距1276mm、下烧嘴距钢坯732mm、上烧嘴距钢坯469mm、烧嘴距炉顶920mm。依靠吊挂隔梁和炉膛截面积变径实现分段控制。
3 GCr15轴承钢的工艺控制方案
为了获得合理的GCr15轴承钢工艺控制，对以前轧制轴承钢工艺及结果情况进行分析，并结合轧制工序的生产节奏，用150mm×150mm方坯生产不同规格钢材，因<Φ38mm规格的钢材经Φ530mm轧制后需剪切分段，而≥Φ38mm规格无需剪切分段，因此小规格比大规格的轧制节奏相对较慢，而高温长时间加热可能会产生粘钢。平衡温度、时间、粘钢三者之间的关系，并在多次试验的基础上，制定出了两种工艺方案，见表2。
3 GCr15轴承钢的工艺控制方案
为了获得合理的GCr15轴承钢工艺控制，对以前轧制轴承钢工艺及结果情况进行分析，并结合轧制工序的生产节奏，用150mm×150mm方坯生产不同规格钢材，因<Φ38mm规格的钢材经Φ530mm轧制后需剪切分段，而≥Φ38mm规格无需剪切分段，因此小规格比大规格的轧制节奏相对较慢，而高温长时间加热可能会产生粘钢。平衡温度、时间、粘钢三者之间的关系，并在多次试验的基础上，制定出了两种工艺方案，见表2。
表2 经试验后选用的轧制工艺方案
3.1 <Φ38mm GCr15轧材加热炉温度的控制
图2示出了<Φ38mmGCr15轧材加热炉温度的控制，均热段热电偶测得温度1220℃，衰减20℃为延时15.4min后钢坯心部温度1200℃，对应的扩散系数为3.21×10-3cm2/s，所需扩散时间为0.97h。钢坯的扩散距离为6900mm，在均热段达到高温扩散，按8～12支/15min的出钢节奏推算则扩散时间为1.438-0.958h，平均1.2h，符合扩散时间的要求。
图2示出了<Φ38mmGCr15轧材加热炉温度的控制，均热段热电偶测得温度1220℃，衰减20℃为延时15.4min后钢坯心部温度1200℃，对应的扩散系数为3.21×10-3cm2/s，所需扩散时间为0.97h。钢坯的扩散距离为6900mm，在均热段达到高温扩散，按8～12支/15min的出钢节奏推算则扩散时间为1.438-0.958h，平均1.2h，符合扩散时间的要求。
图2 <Φ38mm GCr15轧材加热炉温度的控制
3.2 ≥Φ38mm GCr15轧材加热炉温度的控制
图3示出了≥Φ38mmGCr15轧材加热炉温度的控制，均热段热电偶测得温度1220℃，衰减20℃为延时33.7min后钢坯心部温度1200℃，对应的扩散系数为3.21×10-3cm2/s，所需扩散时间为0.97h。钢坯的扩散距离为12692mm，在加热段达到高温扩散，按18～22支/15min的出钢节奏推算则扩散时间为1.08～1.2h，平均为1.14h，符合扩散时间的要求。
图3示出了≥Φ38mmGCr15轧材加热炉温度的控制，均热段热电偶测得温度1220℃，衰减20℃为延时33.7min后钢坯心部温度1200℃，对应的扩散系数为3.21×10-3cm2/s，所需扩散时间为0.97h。钢坯的扩散距离为12692mm，在加热段达到高温扩散，按18～22支/15min的出钢节奏推算则扩散时间为1.08～1.2h，平均为1.14h，符合扩散时间的要求。
图3 ≥Φ38mm GCr15轧材加热炉温度的控制
4 工艺控制方案的实施
2007年11-12月份进行了4个批次237炉GCr15轴承钢的生产试验，钢坯为150mm×150mm方坯，生产情况及结果统计见表3。碳化物液析均≤210级，合格率达100%。从这次4个批的统计结果看，本工艺控制方案适用。
2007年11-12月份进行了4个批次237炉GCr15轴承钢的生产试验，钢坯为150mm×150mm方坯，生产情况及结果统计见表3。碳化物液析均≤210级，合格率达100%。从这次4个批的统计结果看，本工艺控制方案适用。
表3 237炉GCr15轴承钢的液析统计
5 效果对比
在本工艺控制方案实施前，由于加热温度偏低，扩散系数低，虽然保温时间较长，碳化物扩散效果仍不理想，碳化物液析级别常有2.5～3.0级，不能满足用户需要；本工艺控制方案实施后，液析≤2.0级，合格率达100%，满足了用户需要。
在本工艺控制方案实施前，由于加热温度偏低，扩散系数低，虽然保温时间较长，碳化物扩散效果仍不理想，碳化物液析级别常有2.5～3.0级，不能满足用户需要；本工艺控制方案实施后，液析≤2.0级，合格率达100%，满足了用户需要。
来源：《河北冶金》2008年第5期