GCr15軸承鋼管快速球化退火工藝研究

任蜀焱 彭家國 黃 龍

（1.重慶科技學院，重慶 401331；2.浙江健力股份有限公司，諸暨 311800）

GCr15軸承鋼管快速球化退火工藝研究

任蜀焱1彭家國2黃 龍1

（1.重慶科技學院，重慶 401331；2.浙江健力股份有限公司，諸暨 311800）

根據快速球化退火原理，從生產現場切取GCr15軸承鋼管試樣，按照不同的快速球化退火方案試驗。觀察其金相顯微組織，測定退火組織硬度，獲得最佳快速退火方案。球化時間縮短到7.2h，與傳統(tǒng)球化退火工藝相比節(jié)約能源20%以上。

球化退火；GCr15；軸承鋼管

GCr15軸承鋼管主要用于制造各種滾動軸承的內外套圈。它將承受很大拉應力、壓應力、剪切應力及摩擦力等交變負荷，必須具有高的疲勞強度、彈性極限、屈服強度和韌性，高的耐磨性能，高且均勻的硬度，一定的抗腐蝕能力。所以要求軸承鋼管具有良好的球化退火組織，提高其機加工性能和使用性能。球化退火工序是GCr15軸承鋼管生產工藝中最重要最關鍵的環(huán)節(jié)。但目前廣泛采用的球化退火工藝都需要12～18h，導致生產效率低、能耗大。因此近年快速球化退火工藝成為研究的熱點。

1 快速球化退火原理

按照金屬學原理，實現碳化物快速球化的關鍵在于通過控制相變的熱力學和動力學來改變奧氏體向珠光體轉變的模式。從傳統(tǒng)的片層狀轉變機制改變?yōu)椤半x異共析”的轉變形式，“離異共析”的轉變形式是將奧氏體直接轉變成球狀珠光體，轉變時間會大大縮短［1］。離異共析的核心是碳化物依附于原有的碳化物顆粒非均勻形核形成球狀的顆粒，鐵素體通過碳的擴散向奧氏體基體生長形成等軸狀晶粒。因此，實現離異共析轉變的關鍵是在基體中保持足夠的彌散的未溶碳化物粒子作為后續(xù)的非均勻形核的核心。為此，在加熱過程中奧氏體轉變完成之后必須在奧氏體基體上殘留足夠的未溶碳化物顆粒作為隨后冷卻過程中珠光體離異共析轉變的核心［2］。

2 生產現場取樣

某GCr15軸承鋼管生產工藝流程是：圓管坯→中頻感應加熱→穿孔→打頭→毛管霧冷→球化退火→650℃出爐，400℃左右爆水→酸洗→磷化→皂化→冷拔（冷軋）→中間去應力退火→冷拔（冷軋）→成品退火→精整→包裝入庫。上述工藝球化退火時間長達12～18h。

在不改變工藝流程的情況下，對熱軋穿孔后的毛管進行取樣。任意抽取一根穿孔后霧冷的毛管，其規(guī)格Φ41mm×4mm，距毛管端部200mm處，用砂輪鋸分別截取長度為30mm的圓環(huán)試樣九個，分別編號為K1，K2，…，K9。其主要化學成分（質量百分含量）分別為w(C)=0.99%，w(Mn)=0.30%，w(Si)=0.19%，w(Cr)=1.44%。

3 GCr15軸承鋼管快速球化退火試驗

根據快速球化退火原理及相關文獻［3］，制訂快速等溫球化退火試驗方案。分別將試樣K1～K8放入KSX-6-12箱式熱處理爐中加熱60min，達到790～810℃；保溫10～20min后隨爐冷120min，冷卻到720℃；保溫 60～120min，最后爐冷 120min，至 650℃后出爐空冷。具體試驗方案見表1。K9試樣采用傳統(tǒng)等溫球化退火方案。用OPLYMPUS金相顯微鏡觀察金相組織，見圖1所示。用布氏硬度機測量退火試樣的硬度，見表1所示。

表1 不同快速球化退化方案

4 試驗結果與分析

圖1（K1）、（K2）、（K3） 中，奧氏體化溫度為790℃，保溫時間為10min，由于奧氏體化溫度較低，保溫時間較短，因此單位面積碳化物顆粒數量多，但顆粒大小極不均勻，還存在一些短棒狀細小的碳化物粒子。圖1（K4）、（K5）、（K6）中，奧氏體化溫度為790℃，保溫時間為20min，雖然奧氏體化溫度較低，保溫時間增加，因此單位面積碳化物顆粒數量減少，顆粒大小較均勻，短棒狀細小的碳化物粒子基本消除，但（K4）、（K5）還存在球化顆粒有較多棱角，分布也不均勻。（K6）碳化物顆粒圓正，分布較均勻。圖1（K7）、（K8）中，奧氏體化時間為810℃，保溫時間為10min，已經完全消除了未溶的細棒狀的碳化物，碳化物顆粒大小較均勻。圖1（K7）分布不均勻，（K8）分布較均勻。故圖1（K6）和（K8）是比較良好的球化組織。

從上述退火組織可知，奧氏體溫度較低，保溫時間較長，或奧氏體溫度較高，保溫時間較短，均可獲得一定數量的碳化物顆粒。所以，退火組織中碳化物顆粒的數量主要取決于奧氏體化的保溫時間。同樣，從金相組織可以看出，碳化物顆粒的分散均勻性取決于720℃的等溫球化時間，時間越長，碳化物顆粒不但分布均勻，而且比較圓正，但硬度有所降低。

圖1（K8）的快速球化退火組織和（K9）的傳統(tǒng)球化退火組織相比，基本上沒有多大區(qū)別，達到了較好的球化效果，碳化物細小，且分布均勻。退火組織在2～4級，硬度符合179～217HB的范圍要求。

所以快速球化退火的最佳方案為加熱60min，奧氏體化 810℃（或 790℃），保溫 10min（或 20min）后，隨爐冷卻120min，達到 720℃，然后保溫120min，最后爐冷 120min，至 650℃后，出爐空冷?？傆嬓枰?30min，相比傳統(tǒng)球化退火縮短50%左右的時間，大大提高了生產效率。

圖1 球化退火組織金相圖

5 結 論

在實際生產過程中，很難精確保證810℃（或790℃）奧氏體化溫度和720℃的等溫退火溫度。加之，GCr15軸承管的尺寸規(guī)格、裝料層數、爐膛溫度分布等因素影響，所以很難控制到像試驗條件下的溫度環(huán)境，因此快速球化退火時間比實驗所需的7.2h更長。但是，利用“離異共析”原理，可以大大縮短球化退火時間，使生產率提高20%左右。

[1]Zhu Guo-hui，Zheng Gang.Directly Spheroidizing During Hot Deformation in GCr15 Steels[J].Materials Science and Engineering,2008,2(1):72-75.

[2]Verhoeven J D,Gibson E D.The Divorced Eutectoid Transformation in Steel[J].Metall Mater Trans,1998,29A:1181-1189.

[3]汪東生，楊宵.GCr15鋼的快速球化退火工藝[J].安徽工業(yè)大學學報，2009，26（3）：240-242.

On Fast Spheroidizing Annealing Technology for GCr15 Bearing Steel Tube

REN Shu-yan1PENG Jia-guo2HUANG Long1
(1.Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331；2.Zhejiang Jianli Co.Ltd.,Zhuji 311800)

With the fast spheroidizing annealing theory,the section samples of GCr15 bearing steel tube are got from the production field,and then the samples are tested according to different fast spheroidizing annealing plans.By observing the metallographic microstructure and measuring the annealing organization hardness,the best fast annealing plan is found.The spheroidizing annealing time is reduced to 7.2 hours and the energy can be saved by 20%compared with the traditional spheroidizing annealing technology.

the spheroidizing annealing；GCr15；bearing steel tube

TG156

A

1673-1980（2011）06-0121-03

2011-06-18

重慶科技學院橫向科研項目（119-001）；重慶科技學院大學生科技創(chuàng)新項目

任蜀焱（1973-），男，四川南部人，碩士，講師，研究方向為材料加工。