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CN112662934A - 一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法 - Google Patents

一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法 Download PDF

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邱军华
陶涛
温永红
周云
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Abstract

本发明公开了一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,该方法通过合理的连铸大压下、加热扩散和轧制手段,降低轴承钢100Cr6的碳化物带状组织,可有效提高轴承钢的接触疲劳寿命。采用该方法生产的100Cr6轴承最大直径能达到65mm,超声波探伤达到GB/T 37566 3级探伤标准,碳化物带状在2.0级以内,能够满足高标准要求用户的质量标准。

Description

一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法
技术领域
本发明涉及一种钢的生产方法,具体涉及一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法。
背景技术
100Cr6属于高碳铬轴承钢,由于其加工工艺性好,便于得到较稳定而均匀的组织和高而稳定的硬度,具有良好的耐磨性和抗接触疲劳性能,合适的弹性和韧性,主要用于制造滚动轴承,如滚珠、滚柱和套圈等。广泛用于铁路交通、机械零件、电机轴承、汽车等领域。
轴承钢100Cr6的成分属于过共析钢,钢水在连续浇铸凝固时发生树枝状偏析。富含铬和碳的偏析区将析出较多的碳化物,热变形时偏析区域被拉长,在钢材纵断面的显微磨片下呈现为碳化物带状组织。由碳化物带状引起淬火组织的不均匀性使得零件的内应力增加,造成轴承零件表面硬度的不均匀性,严重碳化物带状的存在,还是淬火裂纹的形成根源。随着碳化物带状的减少或消除,淬火后钢的硬度均匀性、淬透性深度、弯曲强度、接触疲劳强度与耐磨性均会提高。因此,需要降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织。
发明内容
发明目的:为了有效降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织,本发明提供一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,。
技术方案:本发明所述的一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,包括如下步骤:
(1)冶炼工序:转炉炼钢后进行LF炉外精炼,然后经过RH真空脱气得钢水;
(2)连铸工序:采用高碳钢专用保护渣作为结晶器浇注保护渣,在钢水凝固末端采用电磁搅拌和动态重压下技术;
(3)加热工序:连铸坯的入炉温度在350℃以上,预热段及加热段低温区以 50~70℃/h的速度升温至800~1000℃;加热段高温区以80~100℃/h的速度升温至1210~1240℃;加热段高温区和均热段的加热时间之和在6h以上,在炉总时间为9~14h;
(4)轧制工序:钢坯出炉后经高压水除鳞,采用低速大压下技术,粗轧前三道次单道次的变形区形状参数大于0.70,轧制不同道次到规格Ф16-65mm的成品。
其中,所述步骤(1)中,转炉炼钢采用洁净钢冶炼方式,钢水采用铝块脱氧,待脱氧达到预期效果后加入合金调整成分到目标值。
所述步骤(1)中,LF精炼采用碳化硅脱氧,精炼时间保证40分钟以上。
所述步骤(1)中,RH脱气真空度≤2.5mbar保持30分钟以上,破真空后吹 Ar静搅时间30分钟以上。
所述步骤(2)中,连铸重压下总压下量≥20mm。
所述步骤(3)中,连铸坯的尺寸为250×300mm。
具体的,该轴承钢100Cr6的成分以质量百分比计,包括:C:0.95~1.05%、 Si:0.15~0.35%、Mn:0.25~0.45%、Cr:1.40~1.65%、P≤0.020%、S≤0.020%、余量的Fe和不可避免的杂质。
有益效果:该方法在连铸钢水凝固末端采用电磁搅拌和动态重压下技术,有效降低了钢坯芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷和偏析级别,提高钢坯内部质量。加热工序中,采用预热段缓慢加热、加热段快速升温的加热策略,并且适当提高加热炉加热段高温区及均热段温度,增加钢坯在高温加热段的扩散时间,有效提高钢坯的高温扩散效果,以使得加热后钢坯元素扩散均匀。轧钢工序保持单道次大压下的原则,轧制时的前三道次单道次的变形区形状参数大于0.70,以达到芯部的最大变形渗透,从而提高钢材截面性能的均匀性,进而有效降低轴承钢 100Cr6的碳化物带状组织,提高成材率,提高轴承钢的疲劳寿命。采用该方法生产的100Cr6轴承最大直径能达到65mm,超声波探伤达到GB/T 37566 3级探伤标准,碳化物带状在2.0级以内,能够满足高标准要求用户的质量标准。
附图说明
图1为实施例1的直径16mm轴承钢100Cr6沿轧制方向表面带状组织图;
图2为实施例1的直径16mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/4位置带状组织图;
图3为实施例1的直径16mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/2位置带状组织图;
图4为实施例2的直径40mm轴承钢100Cr6沿轧制方向表面带状组织图;
图5为实施例2的直径40mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/4位置带状组织图;
图6为实施例2的直径40mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/2位置带状组织图;
图7为实施例3的直径65mm轴承钢100Cr6沿轧制方向表面带状组织图;
图8为实施例3的直径65mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/4位置带状组织图;
图9为实施例3的直径65mm轴承钢100Cr6沿轧制方向截面1/2位置带状组织图。
具体实施方式
实施例1:直径为16mm,成分以质量百分比计C:0.97%、Si:0.24%、Mn: 0.32%、Cr:1.47%、Mo:0.004%、P:0.009%、S:0.002%、Al:0.011%,余量的铁和杂质。制备包括以下步骤:
(1)采用洁净钢冶炼方式,降低钢中S和P含量,LF精炼时间40min以上, RH真空处理,真空度≤2.5mbar保持30min,破真空后吹Ar静搅时间30min。连铸钢水过热度10℃,采用末端强搅拌和重压下技术,末搅电流为700A、频率为8Hz,总压下量20mm,保证250×300mm连铸坯的内部质量。
(2)钢坯入炉温度450℃,预热段缓慢加热,以70℃/h速度升温至860℃,加热段以100℃/h的速度升温至1226℃,均热段温度控制在1212℃,钢坯高温段在炉时间430min,在炉总时间为600min。
(3)轧制前三道次压下量增加,变形区形状参数分别为0.76、0.83、0.97,增加钢坯芯部的变形程度,进一步改善芯部致密度和组织均匀性。
经由上述制造工艺制得的直径16mm圆钢截面碳化物带状组织,综合性能优异,超声波探伤满足GB/T 37566 3级,其主要性能详见表1。
由图1、图2、图3可知,按照实例1工艺生产的轴承钢100Cr6圆钢表面、 1/4位置和1/2位置的碳化物带状组织均不超过2级,组织均匀性程度较高。
实施例2:直径为40mm,成分以质量百分比计C:0.99%、Si:0.23%、Mn: 0.31%、Cr:1.45%、Mo:0.003%、P:0.011%、S:0.002%、Al:0.012%,余量为铁和杂质。制备包括以下步骤:
(1)采用洁净钢冶炼方式,降低钢中S和P含量,LF精炼时间40min以上, RH真空处理,真空度≤2.5mbar保持32min,破真空后吹Ar静搅时间33min。连铸钢水过热度20℃,采用末端强搅拌和重压下技术,末搅电流为700A、频率为8Hz,总压下量20mm,保证250×300mm连铸坯的内部质量。
(2)钢坯入炉温度400℃,预热段缓慢加热,以60℃/h速度升温至870℃,加热段以95℃/h的速度升温至1230℃,均热段温度控制在1215℃,钢坯高温段在炉时间422min,在炉总时间为580min。
(3)轧制前三道次压下量增加,变形区形状参数分别为0.75、0.88、0.97,增加钢坯芯部的变形程度,进一步改善芯部致密度和组织均匀性。
经由上述制造工艺制得的直径40mm圆钢截面碳化物带状组织,综合性能优异,超声波探伤满足GB/T 37566 3级,其主要性能详见表1。
由图4、图5、图6可知,按照实例1工艺生产的轴承钢100Cr6圆钢表面、 1/4位置和1/2位置的碳化物带状组织均不超过2级,组织均匀性程度较高。
实施例3:直径为65mm,其化学成分及质量百分含量为:C:0.98%、Si: 0.24%、Mn:0.30%、Cr:1.47%、Mo:0.002%、P:0.010%、S:0.002%、Al: 0.013%,余量为铁和杂质。
(1)采用洁净钢冶炼方式,降低钢中S和P含量,LF精炼时间40min以上, RH真空处理,真空度≤2.5mbar保持31min,破真空后吹Ar静搅时间31min。连铸钢水过热度35℃,采用末端强搅拌和重压下技术,末搅电流为700A、频率为8Hz,总压下量20mm,保证250×300mm连铸坯的内部质量。
(2)钢坯入炉温度420℃,预热段缓慢加热,以50℃/h速度升温至865℃,加热段以90℃/h的速度升温至1228℃,均热段温度控制在1217℃,钢坯高温段在炉时间425min,在炉总时间为650min。
(3)轧制前三道次压下量增加,变形区形状参数分别为0.73、0.85、0.98,增加钢坯芯部的变形程度,进一步改善芯部致密度和组织均匀性。
经由上述制造工艺制得的直径65mm圆钢截面碳化物带状组织,综合性能优异,超声波探伤满足GB/T 37566 3级,其主要性能详见表1。
由图7、图8、图9可知,按照实例1工艺生产的轴承钢100Cr6圆钢表面、 1/4位置和1/2位置的碳化物带状组织均不超过2级,组织均匀性程度较高。
表1为各实施例所生产轴承钢100Cr6的碳化物带状级别
Figure RE-GDA0002899632070000041
上述实施例1~3,所有产品均符合探伤要求。由表1可以看出上述实施例所有圆钢产品在纵截面碳化物带状级别较低,完全符合轴承钢100Cr6的生产要求。
同时,还提供了以下实施例以证明按照本发明的方法生产的轴承钢100Cr6 均能产生相同技术效果。各实施例的成分组成如表2所示(余量为Fe和杂质):
表2为各实施例成分组成(wt.%)
序号 直径 C Si Mn P S Cr Mo Al
4 30 1.00 0.26 0.45 0.016 0.011 1.65 0 0.012
5 20 0.95 0.15 0.26 0.020 0.007 1.43 0.003 0
6 55 1.05 0.31 0.25 0.018 0.020 1.52 0 0
7 25 0.98 0.35 0.33 0.019 0.016 1.40 0.002 0.013
各工序的主要工艺参数见表3:
表3为各实施例工艺参数
Figure RE-GDA0002899632070000051
制得圆钢截面碳化物带状组织,综合性能优异,超声波探伤满足GB/T 37566 3级,其主要性能详见表4。
表4为各实施例所生产轴承钢100Cr6的碳化物带状级别
Figure RE-GDA0002899632070000052
上述实施例4~7,所有产品均符合探伤要求。由表4可以看出上述实施例所有圆钢产品在纵截面碳化物带状级别较低,完全符合轴承钢100Cr6的生产要求。

Claims (7)

1.一种降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)冶炼工序:转炉炼钢后进行LF炉外精炼,然后经过RH真空脱气得钢水;
(2)连铸工序:采用高碳钢专用保护渣作为结晶器浇注保护渣,在钢水凝固末端采用电磁搅拌和动态重压下技术;
(3)加热工序:连铸坯的入炉温度在350℃以上,预热段及加热段低温区以50~70℃/h的速度升温至800~1000℃;加热段高温区以80~100℃/h的速度升温至1210~1240℃;加热段高温区和均热段的加热时间之和在6h以上,在炉总时间为9~14h;
(4)轧制工序:钢坯出炉后经高压水除鳞,采用低速大压下技术,粗轧前三道次单道次的变形区形状参数大于0.70,轧制不同道次到规格Ф16-65mm的成品。
2.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,转炉炼钢采用洁净钢冶炼方式,钢水采用铝块脱氧,待脱氧达到预期效果后加入合金调整成分到目标值。
3.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,LF精炼采用碳化硅脱氧,精炼时间保证40分钟以上。
4.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,RH脱气真空度≤2.5mbar保持30分钟以上,破真空后吹Ar静搅时间30分钟以上。
5.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,连铸重压下总压下量≥20mm。
6.根据权利要求1所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,其特征在于,所述步骤(3)中,连铸坯的尺寸为250×300mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的降低轴承钢100Cr6碳化物带状组织的方法,其特征在于,轴承钢100Cr6的成分以质量百分比计,包括:C:0.95~1.05%、Si:0.15~0.35%、Mn:0.25~0.45%、Cr:1.40~1.65%、P≤0.020%、S≤0.020%、余量的Fe和不可避免的杂质。
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