KBGCr15轴承钢盘条的研制

    摘 要 针对普通热轧GCrl5盘条不能直接用于轴承钢丝生产的问题，从理论上分析在棒线材轧机上通过控轧控冷工艺生产KBGCrl5线材的可行性。通过控制轧制工艺参数及优化冷却工艺设计，对小批量生产的产品进行抽检，其实物质量各项指标均在标准范围内。批量生产的KBGCrl5线材经用户使用证明，该线材性能稳定，不经退火可直接拉拔钢丝，降低了钢丝生产成本，改善了退火组织，提高了轴承滚动体淬火及回火性能和疲劳寿命。
    关键词 KBGCrl5线材 生产工艺 检验

    1 研制KBGCrl5轴承钢线材的目的
    GCrl5热轧线材绝大多数经过冷加工制成钢丝，用于制造轴承滚动体。轴承钢热轧线材的性能对随后的钢丝生产和滚动体生产有重大影响。普通热轧GCrl5线材的组织以网状碳化物加粗大片状珠光体为主，几乎没有塑性，为进行拉拔，必须先经过球化退火。如果轧制温度控制不当，还会产生脆断，严重网状碳化物需经过正火工艺调整。
    研制KBGCrl5线材的目的就是通过轧制过程和冷却过程中各段温度的控制，改善GCrl5线材热轧组织，降低GCrl5网状碳化物级别，并控制到2．5级以下，获得索氏体加细片状珠光体组织；提高热轧GCrl5线材的断面收缩率，使之达到20％以上，实现轴承钢线材不退火直接拉拔钢丝。
    2 KBGCrl5线材控轧和控冷的理论基础
    国外轴承钢线材控冷工艺技术已经普遍应用于工业生产，而我国采用高线轧机大量生产轴承钢线材的厂家还不多，虽然一些科研机构对轴承钢线材控制轧制进行过一些理论研究，但研究多基于老式轧机，且没有大规模应用于生产的成功经验，因此开展此项研究没有成熟的经验可以借鉴。为此，在理论上对KBGCrl5线材的控轧控冷工艺进行分析：
    (1)利用高温轧制过程中的动态再结晶细化奥氏体晶粒，增加晶界面积；
    (2)利用低温终轧过程中的变形，形成晶内亚结构，增加碳化物析出点，抑制二次碳化物呈网状析出，促进碳化物弥散析出；
    (3)利用控制冷却过程使奥氏体转变使其呈细片状珠光体或索氏体形态析出。
    3 KBGCrl5轴承钢线材的控轧控冷工艺设计
    3．1 控制轧制工艺设计
    控制轧制工艺参数包括从加热炉到轧机、吐丝机的全过程温度控制。根据上述理论分析，采用控制轧制过程图的原理来控制钢在轧制过程中的组织转变。
    结合棒线材生产特点，在制定GCrl5钢控轧控冷试验工艺参数时，应采取如下措施：
   (1)合理控制加热炉均温段温度，控制初轧、一中轧、二中轧和预精轧在完全再结晶温度下轧制。
   (2)合理控制精轧机温度，使终轧在两相区轧制。
   (3)合理控制吐丝温度，避开网状碳化物析出温度，为控制冷却做好准备。
   3．2 控制冷却工艺设计
   Stelmor线全长95m，共分为9个冷却段。其中前6个冷却段底部安装了风机，用于控制线材风冷强度，每个冷却段还安装了保温罩，控制线材轧后缓冷。轧后线材的冷却方式可分为标准冷却(空冷)，风冷和延迟冷却(关闭保温罩)。线材在Stelmor线上用轨道输送，辊道的辊速可以控制线材在各冷却区域的停留时间。
    控制冷却工艺制定的主要依据是轴承钢CCT曲线和棒线材模拟控制冷却计算软件。
    3．3 轧制过程
    3．3．1 控轧和控冷试验方案
    根据GCrl5轴承钢线材控轧和控冷工艺设计方案，制定了分组距线材控轧和控冷工艺试验参数，见表1。
                    表1   GCrl5线材控轧空冷工艺试验参数

    4 KBGCrl5线材小批量生产试验
    在上述工作基础上，采用三段控制轧制工艺进行了GCrl5线材的小批量试生产，共轧制了4个规格、13炉批的轴承钢线材，每炉批取样5支。取样是从线材盘卷取300mm长试样，做拉伸试验。检验结果如表2所示。
    从小批量试生产的结果可以看到，采用三段轧制的GCrl5轴承钢线材，在强度提高的同时，断面收缩率大大提高，而且只要控制得当，应能够稳定在20％的水平。该工艺已经于2001年1月份正式实施。KBGCrl5轴承钢线材于2001年5月份正式批量生产，至目前已累计生产9036．72t。
         表2   KBGCrl5小批量生产试验结果

    5 KBGCrl5线材的质量状况
    目前，已制订了Φ5.5-12.0mmKBGCrl5轴承钢线材的标准，即Q/DG.J23-2001，标准水平为Y级。
    5．1 KBGCrl5线材塑性指标
    统计了产量最大的Φ5．5、6．5、8．0、10．0mmKB-GCrl5轴承钢线材塑性指标，结果见表3。
              表3   KBGCrl5线材断面收缩率样本统计

    5．2 KBGCrl5线材网状碳化物级别
    统计了2000年1-7月份正常轧制GCrl5轴承钢线材和KBGCrl5轴承钢线材网状碳化物级别，统计结果见表5。由表4可知，KBGCrl5轴承钢线材的网状碳化物级别低于正常轧制，且保持稳定。
        表4    GCr15和KBGCr15轴承钢线材网状碳化物样本数统计

    此外，通过对9 036tKBGCrl5线材的化学成物质量进行对比，其各项指标均在标准范围内，合格率为100％。
    6 KBGCrl5线材直接拉拔钢丝的生产
    6．1 实际拉拔试生产过程
    为了验证控轧和控冷KBGCrl5轴承钢线材的应用效果，在华东某轴承钢丝专业生产厂进行了轴承钢直接拉拔工艺试验。
    拔制前线材表面经酸洗、黄化和涂石灰，干燥后在22kW卧式拉丝机上拉拔，钢丝盘重350kg/盘，试验过程见表5。
          表5   控轧GCr15轴承钢线材直接拉拔试验过程

    钢丝拉制后装罐沙封球化退火，装炉量1.5t，退火温度为790℃，均温时间为2～4h。退火后检验成品性能：σ_b为687-704MPa，组织为2级，表面无氧化层，性能完全达到标准要求。
    6．2 关于退火脱碳问题
    GCrl5轴承钢线材相变温度为745℃，在将成品以790℃装罐球化退火时，如果气氛控制不当，有时容易造成钢丝表面脱碳，其原因是装罐退火升温阶段，罐内气体受热膨胀，从沙封槽外溢，罐内气体量减少；当冷却时，罐内气体收缩，炉气又被吸人罐中。
    冷却时吸入罐内的炉气改变了罐内的气氛，造成钢丝脱碳，特别是靠近上部的钢丝脱碳较重。由于脱碳是在冷却阶段吸气产生的，退火前向罐内添加的木炭在均温阶段已经燃尽，对脱碳不能起到很好的防护作用。为此建议采取以下措施：
    (1)退火罐沙封槽不应采用黄泥密封，而应采用细沙和铸铁屑。吸气时进入罐内的炉气中的氧先与铸铁屑反应，氧被部分消耗掉，使进入罐内的氧减少。
    (2)罐内预先吊挂重油。重油在加热和均温阶段裂解产生大量碳黑覆盖在钢丝表面，吸气时炉气先与钢丝表面的碳黑反应，从而防止了脱碳的发生，重油加入量以0.5-1kg/t为宜。
    7 结论
    通过1年多的试制和生产，目前，KBGCrl5轴承钢线材的控制轧制工艺已完全应用于轴承钢线材生产。KBGCrl5轴承钢线材性能稳定，通过试验和生产，得出如下结论：
    (1)在棒线材轧机上采用控制轧制工艺生产KBGCrl5线材是完全可行的；
    (2)采用控轧控冷工艺生产的KBGCrl5轴承钢线材，其断面收缩率为20％-35％，不经退火可直接拉拔钢丝；
    (3)KBGCrl5轴承钢线材组织为细片状珠光体或索氏体组织，网状碳化物级别低，有利于改善退火组织，提高了轴承钢滚动体的淬、回火性能和疲劳寿命。

(收稿日期：2002―05―24)
作者简介
甄 玉 1971年1月生，工程师，大钢集团棒线材厂副厂长。
高延祥 1960年3月生，大钢集团技术中心技术办主任。
刘永长 1938年1月生，大钢集团技术中心高级工程师。