提高精锻机锻造大规格高碳铬轴承钢的合格率

韩光武

（河南济源中原特殊钢集团有限责任公司，河南　454685）

　　摘　要：精锻机锻造高碳铬轴承钢时存在网状碳化物不易破碎、锻件合格率低的问题。通过采用锻后雾冷+正火雾冷+球化退火的热处理工艺，将轴承钢锻件网状碳化物的合格率从66%提高至93.4%。

　　关键词：轴承钢；网状碳化物；热处理；精锻机

　　1　前言

　　轴承钢是我厂的一项主导产品，具有很好的市场前景。鉴于轴承钢的使用特点，使其对钢的纯净度、组织的均匀性、碳化物的分布都有很高的要求，这给生产带来了一定的困难。我厂以前生产的轴承钢合格率普遍较低，极大地影响了我厂轴承钢的供货能力。在2001年初，工厂提出了以“名牌精品占领市场”的战略方针，并将轴承钢确定为工厂的名牌产品之一。为此我们进行了一系列的调查研究与工艺试验，Z终使我厂大规格（>φ150mm）高碳铬轴承钢的合格率从53%提高至91%，给工厂带来了巨大的经济效益。

　　2　影响轴承钢合格率的主要因素

　　我们对2000年度轴承钢（共计75冶炼炉，
1821t）的检验交货情况进行了认真的统计分析。其中合格产品963t，不合格产品858t，全年轴承钢的一次交验合格率为53%。具体不合格的项目见表1。由表1的统计结果可知，网状碳化物不合格是造成轴承钢交验合格率低的主要原因。

表1 2000年度轴承钢不合格项目统计

　　3　影响网状碳化物合格率的主要因素

　　国内轴承钢的锻造通常是在水压机上进行。其特点是锻造速度慢、锻造周期长，使锻件温度随锻造时间的延长而降低，锻件冷却速度相对较快，终锻温度保持在750℃左右。因此可以均匀地破碎网状碳化物，达到有效均匀其内部组织、提高产品质量的效果。

　　而我厂是采用精锻机进行轴承钢的锻造，这样虽然可以大大提高锻件的生产效率，但是却无法满足有效破碎网状碳化物所需的条件，致使锻件合格率很低。精锻机的锤击速度为175次/min。在这样高速的锤打下，锻造变形功直接转化为热能使锻件终锻温度始终保持在1000℃左右，可实现恒温锻造。这种锻造方式对锻造温度范围窄的钢种如高速钢等非常有利，但对高碳铬轴承钢来说就存在一个问题。由于奥氏体基体对碳的溶解度随温度的下降而下降，低于800℃时，碳化物就会快速析出，在晶界间形成网状碳化物，若在此温度以下锻造则可有效破碎网状碳化物。而精锻机锻造时却无法做到这一点，尤其是锻造大于φ150mm的高碳铬轴承钢时，消除网状碳化物的效果更不理想。

　　4　改进措施

　　基于上述分析，我们结合实际的生产情况，从人、机、料、法、环五个方面进行了分析研究。Z后确认造成轴承钢网状碳化物合格率低的主要因素有4项：始锻温度高；锻造速度快；锻后冷速慢；锻后热处理工艺对消除网状碳化物的效果不好。根据这4项因素，我们制定了相应的改进措施，具体见表2。

表2 改进措施

　　5　改进措施的试验验证

　　（1）降低加热炉温

　　对于采用精锻机直接锻造的钢锭，将其加热炉温由原来的1200±10℃降至1050±10℃，其目的是确保降低锻件的终锻温度，避免网状碳化物大量析出。经试验发现，由于精锻机的恒温锻造特点，其效果并不理想。

　　（2）控制拉打速度

　　其目的还是降低终锻温度。通过试验重新制定了拉打速度参数，新、老参数对比见表3。

表3 新、老拉打参数对比

　　经2001年4、5、6三个月的生产试验发现，采用新、老拉打速度生产的锻件，其网状碳化物合格率都在88%以上。据此，我们认为拉打速度的快慢对网状碳化物级别的影响并不明显，没有必要对拉打速度进行控制，以免影响生产效率。

　　（3）增加雾冷风机

　　在锻造结束后，将锻件直接放在精锻机跨的料架上，用六台风机对锻件进行强制冷却，使锻件快速雾冷至350~400℃，抑制网状碳化物的析出。

　　锻后热处理正火后冷却时，将8台~10台风机分别置于台车两侧及前侧，使强大的水雾在多个方位直接喷射到整炉锻件上，迫使所有锻件均匀快速冷却。

　　试验结果证明，采用以上措施后，锻件的雾冷效果非常明显。对炉中不同位置的锻件取样进行网状碳化物检验，其结果均为合格。

　　（4）采用合理的锻后热处理工艺

　　2001年3月，我们采用了取消正火的锻后热处理工艺（见图1）。我们认为轴承钢在锻造结束后冷却时，将沿奥氏体晶界大量析出二次碳化物，尤其在750~850℃时Z为严重。因此锻后改为强制雾冷至350~400℃，加快冷却速度，应该可以彻底消除锻后冷却过程中产生的网状碳化物，没有必要再通过正火来消除。我们有70t锻件采用了锻后雾冷+球化退火热处理工艺。检验后发现网状碳化物合格的锻件只有20t，合格率仅为30%。

图1 取消正火的锻后热处理工艺曲线图

　　2001年4月，我们又重新编制了轴承钢锻后雾冷+正火+球化退火的热处理工艺（见图2），并在正火后也采用强制喷雾冷却，进一步消除在锻后冷却过程中已形成的网状碳化物，确保其级别≤3.0级。我们有690t锻件采用了该工艺。检验后发现其网状碳化物合格率达94%。并且在此后的生产过程中，我们一直采用该工艺，锻件的网状碳化物合格率也日趋稳定。因此，我们认为用精锻机锻造高碳铬轴承钢时，锻后雾冷+正火雾冷+球化退火的热处理工艺（图2）是比较合理的锻后热处理工艺，可以保证锻件获得令人满意的金相组织。

图2 雾冷+正火+球化退火的热处理工艺

　　6　结论

　　通过大量的分析与试验，找到了精锻机锻造高碳铬轴承钢时产品合格率低的原因，并且通过采用锻后雾冷+正火雾冷+球化退火的热处理工艺解决了该问题。采用新工艺后，轴承钢锻件网状碳化物的合格率从66%提高至93.4%。同时，我们在其它方面如退火组织、表面缺陷、以及低倍组织方面采取有效措施，减少不合格品数量，使轴承钢的一次交验合格率从53%提高至91%。极大提高了工厂的经济效益，为工厂以“名牌精品占领市场”创造了良好的条件。
 

来源：《大型铸锻件》2006 No.3