一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法

摘要

一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，属于热处理技术领域。该方法为热轧后的GCr15轴承钢，进行初始退火处理，随炉冷却至室温；将初始退火处理后的GCr15轴承钢，置于两端贯通式的热处理炉中，加热至800～850℃等温处理0.5～1h后，再进行轧制，将得到轧制后的GCr15轴承钢，再置于两端贯通式的热处理炉中，在800～850℃等温处理0.5～1h，得到等温处理后的GCr15轴承钢，随炉冷却至720～750℃，等温0.5～2h后，在随炉冷却至550～650℃，空冷至室温，得到在线快速球化退火的GCr15轴承钢。该方法有效的控制先共析碳化物的尺寸，为共析转变过程中渗碳体的析出提供更多的形核位置，从而有效地缩短球化退火所需要的时间，提高能效。

权利要求

1.一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，初始退火处理

将热轧后的GCr15轴承钢，进行初始退火处理，随炉冷却至室温得到初始退火处理后的GCr15轴承钢；

所述的初始退火的工艺为：将GCr15轴承钢加热至1000 1200℃，等温60 100min，随炉~ ~冷却至室温；

步骤2，等温轧制处理

将初始退火处理后的GCr15轴承钢，置于两端贯通式的热处理炉中，加热至800 850℃，~等温处理0.5h 1h后，在800 850℃下进行单道次轧制或两道次轧制，得到轧制后的GCr15轴~ ~承钢，其中，轧制的总压下量为10% 30%；

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步骤3，等温处理

将轧制后的GCr15轴承钢，再置于两端贯通式的热处理炉中，在800 850℃进行等温处~理，等温时间为0.5h 1h，得到等温处理后的GCr15轴承钢；

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步骤4，冷却处理

将等温处理后的GCr15轴承钢，随炉冷却至720 750℃，等温0.5 2h后，再随炉冷却至~ ~

550 650℃，空冷至室温，得到在线快速球化退火的GCr15轴承钢。

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2.如权利要求1所述的GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的初始退火工艺采用的设备为高温箱式电阻炉。

3.如权利要求1所述的GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，其特征在于，所述的GCr15轴承钢，含有的元素及各个元素的质量百分比为：C为0.95% 1.05%，Cr为1.30%~ ~

1.65%，Si为0.15% 0.35%，Mn为0.2% 0.4%，Ni≤0.3%，S≤0.02%，P≤0.027%，Cu≤0.25%，Ti~ ~为0.005%，Mo为0.04 0.05%，Al为0.01% 0.02%，余量为Fe和不可避免杂质。

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4.如权利要求1所述的GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，其特征在于，制备的GCr15轴承钢的组织为细铁素体及细小弥散的球状碳化物颗粒，球化等级可以达到1级，平均硬度为190 195HV。

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说明书

一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法

技术领域

[0001] 本发明属于热处理技术领域，特别涉及一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法。

背景技术

[0002] GCr15轴承钢在服役过程中具有较高的耐疲劳性能、耐磨损性能及良好的尺寸稳定性，因此，GCr15轴承钢在轴承生产市场上一直占据着主导的地位。然而作为一种过共析钢，由于含碳量较高，经过热轧空冷处理后，GCr15的组织由片状珠光体和在原奥氏体晶界上析出的网状碳化物组成，这种混合组织会导致热轧处理后的轴承钢具有较高的硬度，不利于后续机械加工处理的进行。为了降低轴承钢在机械加工处理前的硬度，降低内应力，一般在机械加工处理前都要进行球化退火处理，使组织转变为具有比较好的加工性能的球状珠光体组织。轴承钢的快速球化退火工艺的研究虽然在近些年虽然取得了一定程度的进步，但现阶段存在的球化处理工艺仍然存在着生产周期长、生产工序复杂等问题。现阶段，工业上常用的轴承钢的球化退火的工艺主要有以下几种：

[0003] (1)连续球化退火

[0004] 将钢加热到略高于Ac1(如GCr15轴承钢为780～810℃)保温一定时间，随后在炉中以15～25℃/h的冷却速度冷却至650℃以下出炉空冷。采用连续球化退火工艺处理轴承钢所用的热处理时间长达20h以上，因此，为了提高劳动生产率，连续球化退火工艺在工业生产中的使用并不广泛。

[0005] (2)等温球化退火

[0006] 等温球化退火是现阶段工业生产中普遍采用的球化方法。具体的操作方法如下：将钢加热到略高于Ac1保温一定时间，随后快冷至Ar1以下某一温度范围内(680～720℃)进行等温转变，在等温转变的过程中，奥氏体相会转变为铁素体+碳化物颗粒，然后随炉冷却至650℃出炉空冷。与连续球化退火相比，等温球化退火工艺所需时间较短，但耗时仍超过
10h。

[0007] (3)周期球化退火

[0008] 将钢加热到略高于Ac1进行保温，然后快冷至Ar1以下保温，之后再加热至Ac1以上温度保温，随后又快冷至Ar1以下保温，多次反复之前的热处理工艺，最后随炉冷却至650℃后出炉空冷。该工艺球化效果充分，但工艺操作较为繁琐。

[0009] 传统的球化退火工艺，如连续球化退火和等温球化退火耗时较长，能耗较大。周期球化退火虽然解决了球化退火过程中耗时较长的问题，但是工艺过程比较复杂，不利于实际操作。因此，开发一种新的轧制及热处理工艺，实现GCr15钢的在线球化，将简易的操作工艺和缩短球化时间有机的结合起来，具有非常重要的科学意义和经济效益。

[0010] 在此基础上，采用离异共析转变机制实现快速球化被广泛应用于轴承钢球化退火研究中。对于含碳量较多的过共析钢，在共析反应过程中，由于钢的成分点离共析点较远，在温度降低的过程中，先共析碳化物会在高于Ar3点析出，随着温度的进一步降低，共析组织中与先的渗碳体相会依附于先共析渗碳体上析出长大，而铁素体相则会在晶界、相界等处析出，从而将珠光体的转变模式从传统的片层状合作生长的转变机制转变为“离异共析”转变机制，从而加速整个球化的转变过程。

发明内容

[0011] 针对现有GCr15轴承钢离异共析球化处理的工艺，本发明将等温变形处理与离异共析转变结合起来，提供了一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，通过对轧制温度以及轧制变形量的合理选取，采用优化的球化处理工艺，增加离异共析过程中的先共析碳化物的析出数量的同时，有效的控制先共析碳化物的尺寸，为共析转变过程中渗碳体的析出提供更多的形核位置，从而有效地缩短球化退火所需要的时间，提高能效。

[0012] 本发明的一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，包括以下步骤：

[0013] 步骤1，初始退火处理

[0014] 将热轧后的GCr15轴承钢，进行初始退火处理，随炉冷却至室温得到初始退火处理后的GCr15轴承钢；

[0015] 步骤2，等温轧制处理

[0016] 将初始退火处理后的GCr15轴承钢，置于两端贯通式的热处理炉中，加热至800～850℃，等温处理0.5h～1h后，在800～850℃下进行单道次轧制或两道次轧制，得到轧制后的GCr15轴承钢，其中，轧制的总压下量为10％～30％；

[0017] 步骤3，等温处理

[0018] 将轧制后的GCr15轴承钢，再置于两端贯通式的热处理炉中，在800～850℃进行等温处理，等温时间为0.5h～1h，得到等温处理后的GCr15轴承钢；

[0019] 步骤4，冷却处理

[0020] 将等温处理后的GCr15轴承钢，随炉冷却至720～750℃，等温0.5～2h后，在随炉冷却至550～650℃，空冷至室温，得到在线快速球化退火的GCr15轴承钢。

[0021] 所述的步骤1中，所述的初始退火的工艺为：将GCr15轴承钢加热至1000～1200℃，等温60～100min，随炉冷却至室温。

[0022] 所述的步骤1中，所述的初始退火工艺采用的设备为高温箱式电阻炉。

[0023] 所述的GCr15轴承钢，含有的元素及各个元素的质量百分比为：C为0.95％～1.05％，Cr为1.30％～1.65％，Si为0.15％～0.35％，Mn为0.2％～0.4％，Ni≤0.3％，S≤
0.02％，P≤0.027％，Cu≤0.25％，Ti为0.005％，Mo为0.04～0.05％％，Al为0.01％～
0.02％，余量为Fe和不可避免杂质。

[0024] 本发明制备的GCr15轴承钢的组织为细铁素体及细小弥散的球状碳化物颗粒，球化等级可以达到1级，平均硬度为190～195HV。

[0025] 本发明的一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，其技术原理是：通过在传统的离异共析等温温度区域内进行轧制变形，由于离异共析的等温温度处于Ac1和Accm之间，在此温度范围内的变形，既可以降低原组织中碳化物的颗粒尺寸，又可以诱导更多的碳化物在此温度范围内析出。析出的碳化物颗粒会在随后的720～750℃的等温过程中成为新的球状碳化物析出的形核点，促使珠光体转变以离异共析的形式进行，从而形成球状珠光体组织。需要注意的是，在离异共析温度区间内的轧制变形需要采用的是小变形量的变形，变形量应该控制在10％～30％，且变形道次不易太多，变形道次控制在≤两次，这样才能有效地促使球状碳化物在晶内和晶界有效析出，而不是过多的聚集在晶界形成新的网状碳化物。

[0026] 本发明的一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，仅需要较短的后续球化处理时间即可形成较为良好的球化组织。从金相组织观察分析，球化退火后的组织为细铁素体及细小弥散的球状碳化物颗粒，球化等级可以达到1级，硬度为195HV，硬度也达到了使用要求。与传统的球化退火工艺相比，等温时间短，能耗低，生产效率高；与新型的双相区低温轧制相比，轧制温度较高，轧制抗力较小，具有重要的实际生产意义。

附图说明

[0027] 图1为本发明实施例1的处理后的金相组织显微图。

[0028] 图2为本发明对比例1的处理后的金相组织显微图。

[0029] 图3为本发明对比例2的处理后的金相组织显微图。

[0030] 图4为本发明对比例3的处理后的金相组织显微图。

[0031] 图5为本发明对比例4的处理后的金相组织显微图。

[0032] 图6为本发明实施例2的处理后的金相组织显微图。

[0033] 图7为本发明实施例3的处理后的金相组织显微图。

具体实施方式

[0034] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0035] 以下实施例中，采用GCr15轴承钢由东北特钢集团抚顺特殊钢股份有限公司炼制，成分百分比为C1％，Cr1.51％，Si0.22％，Mn0.3％，Ni0.18％，S0.002％，P0.002％，Cu0.08％，Ti0.005％，Mo0.04％，Al0.02％，余量为Fe和不可避免杂质。GCr15轴承钢的轧前尺寸为25mm×30mm×150mm。

[0036] 以下实施例中，热轧过程中采用的轧机为东北大学RAL自主研制的400新型异步热轧实验轧机。

[0037] 以下实施例中，采用的电阻炉分别为沈阳通用电炉厂生产的RX-36-10东、西贯通式热处理炉和上海汇电炉有限公司生产的HL07-22高温箱式电阻炉。

[0038] 以下实施例中，观测金相组织的设备为奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜。

[0039] 以下实施例中，硬度性能的测试采用的设备为日本FUTURE-TECH公司生产的显微硬度计，采用的载荷为50gf。

[0040] 以下实施例中，球化效果等级评定参照GB/T18254-2002标准，采用的图像为奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜拍摄的金相组织。

[0041] 实施例1

[0042] 一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，按以下步骤进行：

[0043] 步骤1，初始退火处理

[0044] 将热轧后的GCr15轴承钢，置于高温箱式电阻炉进行初始退火处理，得到初始退火处理后的GCr15轴承钢；其中，初始退火工艺为：将GCr15轴承钢加热至1200℃，等温60min，随炉冷却至室温；

[0045] 步骤2，等温轧制处理

[0046] 将初始退火处理后的GCr15轴承钢，置于东、西贯通式的热处理炉中，加热至820℃，等温处理1h后，在820℃下进行单道次轧制，得到轧制后的GCr15轴承钢，其中，轧制压下量为20％；

[0047] 步骤3，等温处理

[0048] 将轧制后的GCr15轴承钢，再置于东、西贯通式的热处理炉中，在820℃进行等温处理，等温时间为0.5h，得到等温处理后的GCr15轴承钢；

[0049] 步骤4，冷却处理

[0050] 将等温处理后的GCr15轴承钢，随炉冷却至720℃，等温0.5h后，在随炉冷却至600℃，空冷至室温，得到在线快速球化退火的GCr15轴承钢。

[0051] 对本实施例制备的GCr15轴承钢，采用奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜进行金相组织观察，获得的球化处理后的金相组织如图1所示，根据GB/T18254-2002标准中的金相组织球化评级为1级，显微硬度约为195HV。改进后的球化退火所需要等温时间缩短为2.5h。

[0052] 对比例1

[0053] 对比例1为现今常用的离异共析球化退火方法，所用球化退火等温时间为4h。其GCr15轴承钢的离异共析球化退火方法为：将热轧后的GCr15轴承钢经过初始退火处理后，将试样放入东、西贯通式热处理炉中加热到820℃，等温处理2h后，炉冷至720℃，等温2h后炉冷至600℃，空冷。通过奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜获得的金相组织如图2所示，只在原奥氏体晶界周围存在少量球状碳化物，根据GB/T18254-2002标准中的金相组织碳化物网状评级为1级，显微硬度为198HV。

[0054] 对比例2

[0055] 一种GCr15轴承钢的退火方法，具体的实验方法同实施例1，不同点在于：初始退火处理后的试样在高温箱式电阻炉加热到820℃后等温2h，在此期间没有轧制变形处理，等温处理后炉冷至720℃，等温0.5h后再炉冷至600℃，空冷。通过奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜获得的金相组织如图3所示，只在原奥氏体晶界周围存在少量球状碳化物，根据GB/T18254-2002标准中的金相组织碳化物网状评级为2级，显微硬度为207HV。对比例2说明没有轧制变形处理，单独在720℃等温处理0.5h无法实现良好的球化。

[0056] 对比例3

[0057] 一种GCr15轴承钢的退火方法，具体的实验方法同实施例1，不同点在于：820℃等温处理0.5h后，进行单道次变形压下量为40％，随后将轧后钢板放入东、西贯通式热处理炉中进行等温处理，等温温度为820℃，等温0.5h，炉冷至720℃，等温0.5h后炉冷至600℃，空冷。通过奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜获得的金相组织如图4所示，只在原奥氏体晶界周围存在少量球状碳化物，根据GB/T18254-2002标准中的金相组织碳化物网状评级为2级，显微硬度为215HV。对比例3说明如果压下量过大，反而会阻碍球化过程的进行。

[0058] 对比例4

[0059] 一种GCr15轴承钢的退火方法，具体的实验方法同实施例1，不同点在于：820℃等温处理0.5h后，进行三道次轧制变形，总压下量为20％，随后将轧后钢板放入东、西贯通式热处理炉中进行等温处理，等温温度为820℃，等温1.5h，炉冷至720℃，等温0.5h后炉冷至600℃，空冷。通过奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜获得的金相组织如图5所示，只在原奥氏体晶界周围存在少量球状碳化物，根据GB/T18254-2002标准中的金相组织碳化物网状评级为2级，显微硬度为218HV。对比例4说明多道次的轧制也会阻碍球化过程的进行。

[0060] 实施例2

[0061] 一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，按以下步骤进行：

[0062] 步骤1，初始退火处理

[0063] 将热轧后的GCr15轴承钢，置于高温箱式电阻炉进行初始退火处理，得到初始退火处理后的GCr15轴承钢；其中，初始退火工艺为：将GCr15轴承钢加热至1000℃，等温100min，随炉冷却至室温；

[0064] 步骤2，等温轧制处理

[0065] 将初始退火处理后的GCr15轴承钢，置于东、西贯通式的热处理炉中，加热至800℃，等温处理1h后，在800℃下进行两道次轧制，得到轧制后的GCr15轴承钢，其中，轧制总压下量为30％；

[0066] 步骤3，等温处理

[0067] 将轧制后的GCr15轴承钢，再置于东、西贯通式的热处理炉中，在800℃进行等温处理，等温时间为0.5h，得到等温处理后的GCr15轴承钢；

[0068] 步骤4，冷却处理

[0069] 将等温处理后的GCr15轴承钢，随炉冷却至720℃，等温2h后，在随炉冷却至550℃，空冷至室温，得到在线快速球化退火的GCr15轴承钢。

[0070] 通过奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜获得的金相组织如图6所示，只在原奥氏体晶界周围存在少量球状碳化物，根据GB/T18254-2002标准中的金相组织碳化物网状评级为1级，显微硬度为190HV。

[0071] 实施例3

[0072] 一种GCr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，按以下步骤进行：

[0073] 步骤1，初始退火处理

[0074] 将热轧后的GCr15轴承钢，置于高温箱式电阻炉进行初始退火处理，得到初始退火处理后的GCr15轴承钢；其中，初始退火工艺为：将GCr15轴承钢加热至1100℃，等温90min，随炉冷却至室温；

[0075] 步骤2，等温轧制处理

[0076] 将初始退火处理后的GCr15轴承钢，置于东、西贯通式的热处理炉中，加热至850℃，等温处理0.5h后，在850℃下进行单道次轧制，得到轧制后的GCr15轴承钢，其中，轧制压下量为10％；

[0077] 步骤3，等温处理

[0078] 将轧制后的GCr15轴承钢，再置于东、西贯通式的热处理炉中，在850℃进行等温处理，等温时间为1h，得到等温处理后的GCr15轴承钢；

[0079] 步骤4，冷却处理

[0080] 将等温处理后的GCr15轴承钢，随炉冷却至750℃，等温0.5h后，在随炉冷却至650℃，空冷至室温，得到在线快速球化退火的GCr15轴承钢。

[0081] 通过奥林巴斯BX53MRF型金相显微镜获得的金相组织如图7所示，只在原奥氏体晶界周围存在少量球状碳化物，根据GB/T18254-2002标准中的金相组织碳化物网状评级为1级，显微硬度为192HV。