一种直径≤10mm满足大减面率热轧直拉的高碳铬轴承钢线材及其生产方法

摘要

本发明涉及一种直径≤10mm满足大减面率热轧直拉的高碳铬轴承钢线材及其生产方法，生产流程：KR铁水处理—转炉冶炼—LF精炼—RH精炼—连铸大方坯—初轧开坯—加热—控制轧制—缓冷。通过使用大压缩比开坯，控制母材坯料的心部性能，在获得优质母材坯料的情况下，再通过高线速(速度约为：90～110m/s)控轧控冷的连续生产工艺，使得热轧态轴承钢线材获得预球化组织、线材的抗拉强度为1150～1300MPa、断面收缩率25～45％，碳化物网状≤2.0级，最终低强度、高塑性且网状碳化物明显改善的轴承钢线材可以直接进行(≥60％)大减面率拉拔，且缩短后道球化退火时间，节能环保、提高滚动体使用寿命及产生大量的经济与社会效益。

权利要求

1.一种直径≤10mm满足大减面率热轧直拉的高碳铬轴承钢线材的生产方法，生产流程：KR铁水处理—转炉冶炼—LF精炼—RH精炼—连铸大方坯—初轧开坯—加热—控制轧制—缓冷，（1）钢水冶炼：工序依次为KR铁水处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气，钢水的化学成分质量百分比为C： 0.95～1.0%，Si：0.15～0.30%，Mn：0.25～0.45%，P：≤0.015%，S：≤

0.008%，Al： 0.025～0.045%，Cr： 1.35～1.50%，N：≤25ppm，H≤1.2ppm，余量为Fe及不可避免的杂质；

2 2

（2）连铸：采用连铸工艺将钢水浇铸成规格为300*340mm～390*510mm的连铸坯；

2 2

（3）初轧：将连铸坯开坯轧制成规格为140*140mm ～175*175mm的中间坯，以中间坯作为母材坯料；

（4）加热：母材坯料加热至970℃±50℃，总加热时间≥60min；

（5）控制轧制：先通过精轧将母材坯料轧制成最终盘条成品放大1 2mm的规格，控制开~轧温度为860‑1050℃，精轧在奥氏体相区进行，精轧结束后钢坯穿水冷却，将钢坯冷却到

750‑820℃，然后进入减定径机轧制，将产品轧制成ϕ≤10mm的线材，减定径的轧制相区为奥氏体+渗碳体，轧后再次进行穿水冷却，将线材的温度降低至700℃‑800℃，吐丝，吐丝过程中组织会渗出碳化物质点；

（6）风冷：吐丝后的线材风冷，风冷时间控制在10～45s；

（7）入保温罩冷却：入保温罩时线材的温度控制在600‑700℃，冷却到350‑550℃出保温罩，过程中形成于吐丝过程中的碳化物质点长大为小球，达到预球化的效果；

（8）线材集卷后直接入缓冷箱，冷却至200℃以下。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤（3）初轧采用奥氏体再结晶区轧制，连铸坯的加热温度1230±100℃，加热时间为≥7h，然后初轧至母材坯料。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤（5）中，线材的轧制速度为90‑

110m/s。

4. 根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤（3）初轧后母材坯料按照GB/ T18254评价，低倍中心疏松≤1.0，一般疏松≤1.0，锭型偏析≤1.0，中心偏析≤1.0。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述生产方法获得的热轧态线材的生产规格为ϕ4～10mm。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：依据该生产方法获得的热轧态线材的抗拉强度为1150～1300MPa、断面收缩率25～45%，碳化物网状≤2.0级，可以直接进行减面率≥60%的拉拔，微观结构为紊乱的片状珠光体和渗碳体，渗碳体分布于珠光体内部。

说明书

一种直径≤10mm满足大减面率热轧直拉的高碳铬轴承钢线材

及其生产方法

技术领域

[0001] 本发明属于合金钢线材的生产方法，具体涉及一种高碳铬轴承钢线材的生产方法。

背景技术

[0002] 高碳铬轴承钢是轴承钢中运用最广泛的一种，是制造轴承和轴承零件的最常用钢种。轴承钢由于其碳含量高属过共析钢，按目前正常轧制工艺生产热轧线材通常具有高的强度约在1300MPa～1500MPa，低塑性断面收缩仅有5％～10％，无法适应大减面率的拉拔，且组织都为网状碳化物及片状珠光体，变形抗力大，所以轴承钢热轧线材在进行后续的塑性加工都需要先球化退火处理以软化材料。轴承钢碳化物网状是沿奥氏体晶粒边界析出的呈网状分布的过剩二次碳化物，网状碳化物的存在降低了金属基体的结合力，增加了钢的脆性，降低了轴承钢的机械性能，缩短了轴承钢的使用寿命，因此必须严格控制轴承钢的网状碳化物。

[0003] 目前研究人员对于轴承钢热轧线材的网状碳化物控制较多，但基本都是针对φ规格大于10mm以上的产品，且控制都仅限于金相，未有使用电镜扫描微观研究碳化物网状改善的；而开发热轧材可直接进行拉拔并缩短后道球化退火时间服务于后道工序的研究也非常少。

[0004] 专利申请号CN01113948.X公开的直接拉拔用高碳铬轴承钢线材及制造方法，其生产工艺为电炉、模铸生产坯料，生产的轴承钢线材氮含量高，按其工艺生产的线材强度大于1350MPa，组织为片状珠光体和索氏体，在后道拉拔时极易造成拉丝硬化系数高，大减面率拉拔时速度慢且易断丝，采用的模铸生产坯料的方式存在污染严重、生产效率低的缺陷，已经逐渐不适应行业发展的清洁生产要求。

[0005] 专利申请号200910062664.X公开的一种降低轴承钢盘条碳化物网状级别的方法，终轧温度控制在920～990℃，吐丝温度控制在760～820℃，后采用风冷控制盘条冷却，改工艺虽然能控制碳化物网状，但无法达到组织预球化，降低热轧线材塑性和强度，不便于后续拉拔和球化工艺的成本降低。

[0006] 连铸生产坯料代替模铸生产坯料成本更低，生产过程的污染和能耗也更低，连铸逐步代替传统依赖模铸生产的方法已是大势所趋，同时考虑到产品的全流程及后续加工所带来的整体效益也是势在必然，为此研究一种更经济环保又能有利于后道加工的低强度高塑性优网状的轴承钢线材的生产工艺很有必要。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种低强度高塑性且网状碳化物好的高碳铬轴承钢线材及其生产方法，线材的性能可以用于直接拉拔，且后道的球化退火时间也能够得以缩短。包含线材生产、线材拉拔、球化退火在内的整个过程的效率得以提高，生产成本、产品品质也获得了提高。

[0008] 采用该方法生产的高碳铬轴承钢线材的网状＜2.0级(按照GB/T18254评价)，产品热轧后可直接进行拉拔，不再需要先退火再拉拔，产品的减面率可达60％以上，产品的使用寿命得以延长，提高了轴承钢热轧线材的竞争力。

[0009] 本发明所采用的技术方案为：一种直径≤10mm满足大减面率热轧直拉的高碳铬轴承钢线材的制造工艺，流程：KR铁水处理—转炉冶炼—LF精炼—RH精炼—连铸大方坯—初轧开坯—加热—控制轧制—缓冷。具体步骤如下：

[0010] (1)钢水冶炼：工序依次为KR铁水处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气，钢水的化学成分质量百分比为C：0.95～1.0％，Si：0.15～0.30％，Mn：0.25～0.45％，P：≤0.015％，S：≤0.008％，Al：0.025～0.045％，Cr：1.35～1.50％，N：≤25ppm，H≤1.2ppm，余量为Fe及不可避免的杂质；

[0011] (2)连铸：采用连铸工艺将钢水浇铸成规格为300*340mm2～390*510mm2的连铸坯；

[0012] (3)初轧：将连铸坯开坯轧制成规格为140*140mm2～175*175mm2的中间坯，以中间坯作为母材坯料，通过连铸坯到母材坯料的大压缩比，获得低倍中心疏松≤1.0、一般疏松≤1.0、锭型偏析≤1.0、中心偏析≤1.0(GB/T18254)的母材坯料；

[0013] (4)加热：母材坯料采用高温970℃±50℃，总加热时间≥60min进行加热；

[0014] (5)控制轧制：先通过精轧将母材坯料轧制成最终盘条成品φ放大约1～2mm的规格(如φ7mm的最终线材，在该处的规格约φ8～9mm))，控制开轧温度为860‑1050℃，精轧在奥氏体相区进行，精轧结束后穿水冷却，将钢坯冷却到750‑820℃，然后进入减定径机轧制，将产品轧制成φ≤10mm的线材，减定径的轧制相区为奥氏体+渗碳体，轧制过程中会析出碳化物质点，减定径轧后再次进行穿水冷却，将线材的温度降低至700℃‑800℃，吐丝获得连续的线圈，吐丝过程中组织会渗出碳化物质点；

[0015] (6)风冷：吐丝后的线材风冷，风冷时间控制在10～45s；

[0016] (7)入保温罩冷却：风冷后入保温罩时线材的温度控制在600‑700℃，冷却到350‑550℃出保温罩，奥氏体析出渗碳体及珠光体组织，过程中形成于吐丝过程中的碳化物质点长大为小球，达到预球化的效果；

[0017] (8)线材集卷后直接入缓冷箱，缓冷箱的缓冷速度为5～30℃/h，冷却至200℃以下。

[0018] 上述生产方法的特点在于：

[0019] (1)精轧结束后设置穿水冷却，冷却到750℃‑820℃，该温度为奥氏体+渗碳体两相区，减定径轧制时会析出碳化物质点，达到前期预球化效果。

[0020] (2)减定径机轧制是用于最后控制盘条尺寸精度，并再次进行穿水冷却，控制吐丝温度700‑800℃，将吐丝温度也控制在两相区，使得吐丝过程继续析出碳化物。

[0021] (3)入保温罩前通过风冷快速冷却至入罩温度，风冷的作用是迅速跨过二次碳化物析出温度区间，防止组织心部碳化物超标。

[0022] (4)由于前面吐丝温度在两相区，会渗出碳化物质点，通过控制在保温罩内的缓冷温度区间使这些碳化物质点逐渐长大成小球，达到预球化效果。

[0023] (5)产品集卷后在缓冷箱冷却，达到一种人工时效作用，可提高材料塑性，为后面大减面率拉拔提供支持。

[0024] 与现有技术相比，本申请的优点在于：本发明的高碳铬轴承钢通过使用连铸生产，大压缩比开坯控制母材坯料的心部性能，在获得优质母材坯料的情况下，再通过高线速(速度约为：90～110m/s)控轧控冷的连续生产工艺，使得热轧态轴承钢线材获得预球化组织、线材的抗拉强度为1150～1300MPa、断面收缩率25～45％，碳化物网状≤2.0级，最终低强度、高塑性且网状碳化物明显改善的轴承钢线材可以直接进行(≥60％)大减面率拉拔，且缩短后道球化退火时间，节能环保、提高滚动体使用寿命及产生大量的经济与社会效益。

[0025] 最终产品的组织为紊乱的片状珠光体和不规则的分布于其中的渗碳体，所述渗碳体是由于预球化作用而产生的粒状碳化物。

[0026] 本申请生产方法的关键之一在于控轧控冷工艺是在接近两相区(奥氏体+渗碳体)轧制，使得碳化物在奥氏体晶界的析出量减少，而形核在奥氏体晶界内的碳化物质点(碳化物形核内质点)增加，即减少了奥氏体晶界的二次碳化物析出而增加奥氏体组织中的碳化物质点；后序再进入保温罩内缓冷利用残热部分碳化物质点逐渐长大，达到组织预球化，最终降低线材的强度、提高塑性，可实现大减面率热轧材直接拉拔生产，并控制了碳化物网状，提高产品的疲劳寿命。

附图说明

[0027] 图1为本发明线材的热轧态网状碳化物(500×)金相图；

[0028] 图2为本发明线材的热轧态预球化组织(2000×)SEM图；

[0029] 图3为本发明线材的热轧态预球化组织(5000×)SEM图。

具体实施方式

[0030] 以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本实施例中的文字描述是与附图对应的，涉及方位的描述也是基于附图的描述，不应理解为是对本发明保护范围的限制。

[0031] 实施例1

[0032] 本实施例的母料轧制盘条的规格为φ5.5mm，化学成分为C：0.95％，Si：0.25％，Mn：0.35％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，Al：0.032％，Cr：1.42％，N：22ppm，H≤1.0ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。轧制坯母料低倍中心疏松1.0，一般疏松1.0，锭型偏析1.0，中心偏析1.0，连铸坯至轧制母料坯的压缩比为11.3。控轧控冷温度为：开轧温度860℃～870℃左右，终轧温度(入减定径机的温度)755℃～765℃左右，吐丝温度735℃～745℃左右，通过风冷，入保温罩温度680℃～690℃左右，出保温罩温度470℃～490℃左右，快速集卷进入缓冷箱，冷却至180℃～190℃。

[0033] 表1实施例1检验结果：

[0034]样品 网状碳化物 强度MPa 面缩％
样1 1.0 1168 41
样2 1.0 1174 40
样3 1.0 1176 40
样4 1.0 1186 39

[0035] 拉拔生产：

[0036] 热轧原材料涂层后直接进行3道次拉拔，拉拔过程为φ5.5mm‑φ4.3mm‑φ3.6mm‑3.0mm，总减面率为70.25％。

[0037] 实施例2

[0038] 本实施例母料轧制盘条的规格为φ6.5mm，化学成分为C：0.96％，Si：0.26％，Mn：0.32％，P：≤0.012％，S：≤0.002％，Al：0.035％，Cr：1.44％，N：23ppm，H≤1.0ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。轧制坯母料一般疏松1.0，锭型偏析1.0，中心偏析1.0，连铸坯至轧制母料坯的压缩比为11.3。开轧温度870℃～880℃左右，终轧温度755℃～765℃左右，吐丝温度740℃～750℃左右，入保温罩温度670℃～680℃左右，出保温罩温度490℃～510℃左右，快速集卷进入缓冷箱，冷却至170℃～180℃。

[0039] 表2实施例2检验结果：

[0040] 样品 网状碳化物 强度MPa 面缩％样1 1.0 1202 36
样2 1.0 1196 36
样3 1.0 1187 38
样4 1.0 1193 37

[0041] 拉拔生产：

[0042] 热轧原材料涂层后直接进行3道次拉拔，拉拔过程为φ6.5mm‑φ5.4mm‑φ4.6mm‑4.0mm，总减面率为62.13％。

[0043] 以上两个实施案例都是有的合同订单，通过检验理化指标良好，符合后道次加工要求。

[0044] 除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。