高碳铬轴承钢丝的生产实践
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摘要：叙述了GCr15轴承钢丝的热处理、表面处理、冷拔工艺和钢丝组织、性能、表面等质量控制生产实践。 关键词：高碳铬轴承钢 钢丝 工艺实践 通用轴承钢丝现行标准GB/T18579-2001《高碳铬轴承钢丝》中规定GCr15高碳铬轴承钢丝有5种交货状态：冷交接班（WCD），轻拉（WLCD），退火（TA），磨光（SP）和磷化轻拉（STPWLCD）。 轴承钢丝生产工艺流程如下： 热轧线材→球化退火→表面处理→拉丝→成品退火 ↑ ↓ 半成品处理← —— →检验→包装 1、热处理 一般退火炉温差大（±20℃），无保护气氛，所采用的球化退火加热温度为780-800℃。如果用带保护气氛的强对流退火炉进行球化热处理，温度均匀性好（±5℃），选用800-820℃加热温度，以缩短球化时间，提高生产效率。 球化退火后钢丝如用机械弯曲法去除氧化皮，650℃出炉即可。如用酸洗法去除氧化皮宜采用600℃淬火工艺，疏松氧化皮，缩短酸洗时间，防止出麻点。 半成品再结晶退火温度为700-720℃，空冷。半成品退火后的钢丝抗拉强度σb＜700MPa，断面收缩率Ψ＞60%。 高碳铬轴承钢丝成品退火属于低温再结晶退火，成品退火温度为600-700℃，一般说来大规格钢丝用高温，小规格钢丝用低温。成品退火最好在带保护气氛的炉子中进行，没有保护气氛的炉子必须装桶密封退火。 2、表面处理 2.1去氧化层 2.1.1弯曲除锈 弯曲除锈是最经济的去除氧化层的方法，一般在抗丝机前配上两组相互垂直的弯曲辊，钢丝通过弯曲辊时产生弯曲变形，金属本身有塑性变形能力，氧化皮无塑性变形能力，两者因此分离，氧化皮脱落。弯曲去皮率一般能达到95%以上，有时难免残存氧化皮，拉拨时粘在模孔内造成钢丝表面划伤。为彻底去除轴承钢丝表面氧化层，国内机械行业已研制成功机械除锈机组，在弯曲以后再配上一组钢丝刷，彻底去除残留氧化层，解决了氧化皮粘模问题。 2.1.2抛丸除锈 轴承钢丝抛丸除锈已是一项成熟的技术，按运行方式抛丸除锈可分为单根展开式抛丸除锈和成捆抛丸除锈。后者设备投资低，生产率高。 2.1.3酸洗 轴承钢丝除锈国内外多沿用酸洗方法，典型酸洗工艺如表1。轴承钢丝酸洗“氢脆”也是一个值得注意的问题，氢脆表现为钢丝抗拉强度不高，但断面收缩比酸洗前有大幅度下降（Ψ＜20%），严重时根本无法拉拔。消除氢脆方法是200℃左右2-4h烘烤，钢丝断面收缩率可以恢复到50%以上。氧化层较厚的钢丝用硫酸酸洗时氢脆比较明显，用盐酸酸洗，再添加适量缓蚀剂，基本上可以消除氢脆倾向。 表1 高碳铬轴承钢酸洗工艺制度
2.2表面涂层 轴承钢丝在拉拔道次不超过3次，拉拔速度≤80m/min条件下可选用黄化+石灰涂层（浓度15%-25%）。 拉拔道次3-6次，拉拔速度≤100m/min条件下应选用硼砂涂层，所用Na2B2O4·10H2O浓度为90-150g/L，温度＞80℃。拉拔道次＞5次，拉拔速度超过150m/min条件下，最好选用磷化+皂化涂层（表2）。另外酸洗钢丝多采用黄化或磷化涂层，抛丸钢丝多采用硼砂涂层。 表2 高碳铬轴承钢丝磷化工艺制度
3、轴承钢丝的冷拔 3.1冷拔工艺 实际生产中碳化物网状组织为2级的线材，经减面率不低于32%的拉拔、退火，网状组织可降低1级。生产退火状态交货轴承钢丝时，大规格钢丝成品减面率选定在＞25%，中小规格减面率选定在＞32%范围内，一般拉拔2个道次出成品，根据成品尺寸确定线材尺寸。典型冷拔工艺如表3。 表3 退火交货的轴承钢丝冷拔工艺
3.2轴承钢丝的冷加工强化 GB/T18579-2001《高碳铬轴承钢丝》规定，以轻拉状态交货的轴承钢丝，φ≤10mm时，σb应≤850MPa，φ＞10mm时，HB≤229。经磷化+皂化处理的组织为2.0级的GCr15线材冷拔时抗拉强度变化如表4。试验结果表明可以用下式来表示轴承钢丝冷拔强化： σb=σ0+KQ 式中：σb——冷拔后钢丝抗拉强度/MPa； σ0——冷拔前钢丝抗拉强度/MPa； Q——冷拔减面率/%； K——冷拔强化系数。 表4 GCr15轴承钢丝的冷拔强化
轴承钢丝的冷拔强化系数K约为7.7，减面率小时K偏小点，减面率大时K略为大点。依据轴承钢丝力学性能实测数据的统计分析结果，抗拉强度与硬度可用下列公式换算：σb=3.42HB。 4、轴承钢丝常见缺陷的鉴别和控制 4.1显微组织 GB/T18579规定轴承钢丝的显微组织应为2-4级粒状珠光体，组织＜2.0级，俗称为“欠热组织”，是球化退火温度偏低、保温时间不足、冷却速度偏快造成的。对于组织只差半级（1.5级）的钢丝，可直接改制小规格成品，即用稍大减面率拉出成品，用上限温度进行成品退火，一般均可保证组织达到2级。对于组织＜1.5级的钢丝，需要进行补充球化退火，同时对原球化工艺进行修订，适当提高退火温度，延长保温时间，注意减缓700-730℃区间的冷却速度。 组织＞4级，又称“过热组织”，主要是球化退火温度偏高造成的，应修订球化退火工艺，适当降低温度，缩短保温时间。对于组织＞4级的钢丝，一般需用正火+球化退火工艺来改变组织形态，即加热到900-930℃正火后再补充球化。 4.2抗拉强度或硬度 轴承钢丝抗拉强度或硬度与显微组织状态密切相关，抗拉强度或硬度偏高的钢丝往往显微组织级别偏低。表5给出了不同规格钢丝、不同球化退火温度下的力学性能。充分球化退火；适当加大减面率，可改善显微组织；成品退火采用上限温度是解决抗拉强度或硬度偏高的有效措施。 表5 轴承钢丝球化退火温度及力学性能
4.3拉拔脆断 轴承钢丝拉拔脆断的主要有以下3种原因： （1）组织异常 轴承钢丝脆断很大一部分是异常组织引起的，如线材控轧控冷工艺不当，出现马氏体、屈氏体组织等。组织异常的钢丝，压尖时常出现劈裂，拉拔时断口也不规则，取断口附近钢丝做拉力试验，钢丝抗拉强度偏高，断面收缩很低。 遇到这类脆断问题只要按中间退火工艺重新处理，一般均能避免脆断发生。 （2）酸洗“氢脆” 钢丝表面氧化严重，硫酸酸洗浓度偏高，酸洗时间长很容易引起钢丝“氢脆”，此时钢丝抗拉强度不高收缩很低，拉拔脆断，断口基本平整。 减轻钢丝表面氧化，对氧化重的钢丝先经机械弯曲去皮，再酸洗；严格控制硫酸浓度和酸洗时间，选用合适的缓蚀剂；酸洗后钢丝充分烘烤“去氢”后再拉拔；用盐酸代替硫酸，减劲“氢脆”效应。 （3）表面横纹 线材轧制工艺不当；对椭圆度大的线材用大减面率拉拔；钢丝润滑不好，强行拉拔都可能造成钢丝表面横纹。用小减面率拉拔后，将钢丝转热处理氧化退火，或进行表面修磨来消除表面横纹。 4.4表面质量 轴承钢丝表面“裂纹”实际上是表面质量问题的通称，包含表面折迭、裂纹、划伤3种缺陷。 折迭是线材轧制操作不当，如轧辊错位，部分道次过充满、导卫不正引起钢坯严重刮伤等造成的。错位和过充满造成的折迭在线材表面呈对称的直线或双直线分布。钢坯严重刮伤造成的折迭、呈锯齿形直线分布。线材折迭只能靠修磨去除，拉拔和热处理均无法消除和减轻缺陷。 裂纹是因冶炼工艺不当，在钢坯上形成皮下气泡又修磨不净；钢坯缓冷不好，造成表面应力裂纹，又未及时清理，轧成线材后，表面留下断续、不规律分布的微裂纹。在拉拔时裂纹沿长度方向，向芯部双向扩展，造成钢丝报废。 划伤主要是复二重轧机生产的线材，末端甩尾与导卫之间摩擦造成的划伤尤为普遍。划伤缺陷与裂纹缺陷的最大不同是不扩展，随拉拔减面率加大，钢丝划伤深度越来越浅，其危害相对小得多。划伤钢丝只要深度允许，往往从大规格改制成小规格，最终改成合格成品。 现代化的连轧机，尺寸精度高，导卫对操作方便、实现无弯曲、无扭转、高速轧制，生产的轴承钢表面缺陷完全可以控制在标准允许范围内。 （作者：徐效谦，男，56岁，高级工程师。1970年毕业于东北工学院。从事特殊钢产品开发及工艺研究和质量管理工作。） |
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