用超速冷卻技術消除GCr15鋼網(wǎng)狀碳化物

1、用超速冷卻技術消除gcr15鋼網(wǎng)狀碳化物超快速冷卻結合緩冷技術 , 利用高溫終軋后高于 200 /s 的瞬時冷卻速度冷卻到一定溫度后進行緩冷 ,使得過冷奧氏體快速通過二次碳化物析出溫度區(qū) , 抑制了二次碳化物的網(wǎng)狀析出 , 并在緩冷過程中完成珠光體轉變 , 得到了抑制網(wǎng)狀碳化物析出的細珠光體組織 , 既得到了理想組織又顯著降低了能耗。gcr15 是應用最為廣泛的軸承鋼 , 近年來連鑄連軋技術的應用使得軸承鋼的生產(chǎn)工藝及實物質量達到了一個很高的水平, 但連軋技術的應用在增大軋制速度 , 提高生產(chǎn)效率的同時也提高了終軋溫度 , gcr15 由于是過共析鋼 , 在高溫終軋后的冷卻過程中二次碳化物會沿

2、原奧氏體晶界析出形成網(wǎng)狀, 即使后序的球化退火也難以消除 ,造成碳化物分布不均 , 若急冷過快則將有馬氏體生成 , 嚴重地影響以后的使用性能。軸承行業(yè)對組織和碳化物均勻性的要求 , 特別是對網(wǎng)狀碳化物的級別要求較高 , 世界各國都在積極地研究并尋找解決的辦法和途徑, 本文根據(jù)軸承鋼的特點及現(xiàn)場工藝設備布置情況 , 在高溫終軋后安裝分段超快速冷卻器 , 以瞬時冷卻速度大于200 /s 的超快速冷卻工藝冷卻到一定溫度后緩慢冷卻 , 抑制了網(wǎng)狀碳化物的析出 , 提高軸承鋼的組織性能。1 、試驗方法試驗用料為 gcr15, 其化學成分 ( 質量分數(shù) ,% )為 : c 1. 0, si 0. 32,

3、mn 0. 34, p 0. 009, s0. 003, cr 1. 49, al 0. 005, ni 0. 07; 出爐溫度為 1120 1 150 , 經(jīng)過粗 - 中 -精軋后成品規(guī)格為< 60 mm, 終軋溫度為 980 , 高溫終軋后以兩種方式冷卻 , 其中一種冷卻方式為直接空冷后上冷床緩冷 ; 另一種是超快速冷卻到 690 后上冷床緩冷。軋件經(jīng)過冷床冷卻后剪切取樣 , 將冷到室溫后的鋼材取中間部分制成金相試樣進行顯微組織觀察并進行能譜線掃描分析 , 并在 830 保溫后迅速取出油淬 , 在 150 進行 1. 5 h 低溫回火 , 對原剖面重新打磨、拋光 , 4% 硝酸酒精溶

4、液深腐蝕。觀察碳化物網(wǎng)狀并判斷級別。2 試驗結果與分析圖 1 所示為 gcr15 鋼經(jīng)過兩種不同冷卻方式冷卻后的金相組織。由圖 1a 可以看到 , gcr15 鋼經(jīng)過高溫終軋后空冷室溫組織為珠光體和沿晶界處呈現(xiàn)網(wǎng)狀析出的二次碳化物 , 完整的二次碳化物網(wǎng)在隨后的球化退火過程中不易消除 , 將嚴重影響 gcr15 鋼的使用性能。而高溫終軋后超快速冷卻到 690 后上冷床緩冷后的室溫組織如圖 1b 所示 , 看不到明顯的網(wǎng)狀二次碳化物 , 得到了抑制網(wǎng)狀碳化物析出的珠光體組織。為了進一步分析超快速冷卻對 gcr15 鋼組織形貌的影響 , 對經(jīng)過空冷和超快速冷卻到690 后上冷床緩冷后的室溫組織進行

5、掃描電鏡 (sem) 和能譜 ( eds) 線掃描分析 , 結果如圖 2圖2不同冷卻工藝后能譜掃描分析 （5000×）由圖 2a 可以清楚地看到 , 空冷后珠光體片層間距較大 , 晶界處有明顯的粗大白色二次碳化物析出 , 經(jīng)過沿著晶內 - 晶界 - 晶內方向能譜線掃描分析可以看到 , 晶界處白色二次碳化物中 c 含量明顯增多 , 而經(jīng)過超快速冷卻后組織為細片層珠光體 , 晶界處沒有白色二次碳化物析出 , 經(jīng)過沿著晶內 - 晶界 - 晶內方向能譜線掃描分析可以看到 c, fe, cr 元素含量均沒有太大變化。這是因為在高溫終軋后空冷過程中冷卻速度較慢 , 即在過冷度較小情況下 , 晶界

6、處利于二次碳化物的形核 ,而由于 c 是碳化物形成元素 , 其沿晶界的擴散速度遠大于晶內擴散 , 在緩慢的冷卻過程中 c 元素向晶界處聚集 , 故生成的二次碳化物沿晶界處聚集長大并連接成白色網(wǎng)狀 , 然后剩余奧氏體中含碳量則不斷降低到共析點時才發(fā)生珠光體轉變 ,故晶界處白色網(wǎng)狀碳化物的 c 含量相對于晶內增大 ; 而超快冷到 690 時已經(jīng)快速通過二次碳化物的析出區(qū) , c 還來不及在晶界處聚集則非共析成分的奧氏體就被過冷到偽共析區(qū)形成了偽珠光體組織 , 因此在晶界處沒有出現(xiàn) c 含量增大現(xiàn)象 ,抑制了網(wǎng)狀碳化物的析出。對經(jīng)過不同冷卻方式冷卻后試樣進行淬、回火試驗后深腐蝕 , 挑選網(wǎng)狀最嚴重區(qū)

7、域進行網(wǎng)狀碳化物評級 , 結果如圖 3 所示。從圖中可以清楚地看到 , 高溫終軋后經(jīng)過空冷 , 二次碳化物呈現(xiàn)緊密的網(wǎng)狀析出 , 而經(jīng)過超快速冷卻后 , 二次碳化物彌散析出 , 看不到網(wǎng)狀組織 , 按照 gb /t182542 -2002 標準 , 空冷試樣網(wǎng)狀碳化物級別為 4 級 , 不符合國家標準要求 , 而經(jīng)過超快速冷卻到 690 后緩慢冷卻的試樣網(wǎng)狀碳化物級別為 2 級 , 達到國家標準要求。圖3 gcr15不同冷卻后網(wǎng)狀組織分析結論：軸承鋼 gcr15 在高溫終軋后空冷由于冷卻速度緩慢 , 粗大的二次碳化物沿晶界處呈現(xiàn)網(wǎng)狀析出 , 晶界處 c 元素含量增高 , 而高溫終軋后以高于2 00 /s 的瞬時冷卻速度冷卻到 690 后進行緩冷 , 抑