CN107326267A - 一种轴承钢的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金工业技术领域，具体涉及一种轴承钢的生产工艺，该工艺包括如下步骤：（1）合金钢精炼，（2）连铸结晶，（3）加热轧制，（4）球化退火。该工艺将严格控制组分的合金钢水在结晶器中结晶然后轧制圆钢，再对圆钢进行三段加热和球化退火；保证了钢材化学性质的均匀稳定，提高了钢材的硬度、强度和耐腐蚀性；并且本发明的工艺生产的轴承钢还具有良好的加工特性，易切削而且加工过程不容易出现裂纹、结疤、空泡等物理缺陷，是一种优秀的轴承钢生产工艺。
Description
技术领域
本发明属于冶金工业技术领域，具体涉及一种轴承钢的生产工艺。
背景技术
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢，具有硬度高、性质均匀、耐磨性好和弹性极限高的特点。轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。
1976年国际标准化组织ISO将一些通用的轴承钢号纳入国际标准，将轴承钢分为：全淬透型轴承钢、表面硬化型轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等四类共17个钢号。我国已纳入标准的轴承钢分类方法与ISO相似，分别对应为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈耐蚀轴承钢、高温轴承钢四大类。近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面，如无铬轴承钢、中碳轴承钢、特殊用途轴承钢及合金、金属陶瓷等取得了很大的进展。
传统的轴承钢生产工艺复杂，因为该型钢材对成分要求严格，性能要求极高，冶炼过程各工序都极为严苛，但是即使这样生产出来的轴承钢还可能会出现裂纹、结疤、氧化皮等缺陷，影响生产的轴承钢的性能。此外，对于硬度和强度等指标的苛求还会降低轴承钢的切削加工性能。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种轴承钢的生产工艺，该工艺生产的轴承钢物理缺陷发生率低，材料硬度高，强度大，性质均匀还具有良好的切削加工特性。
一种轴承钢的生产工艺，包括如下生产步骤：
(1)合金钢精炼：将原材料炼成钢水，保证钢水中按重量份组成为：Cr：1.8-2.5％，C：0.8-0.9％，Mn：0.2-0.3％，Si：0.4-0.8％，P：≤0.025％，S：≤0.02％，Ti：≤0.025％，Cu：≤0.25％，Ni：≤0.1％，O：≤0.002％，Mo：≤0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质，将钢水的温度控制在1550-1600℃。
(2)连铸结晶：将钢水投入到结晶器内，结晶器有规律地震动，并使用电磁搅拌棒搅拌，然后经过冷却段的冷却，逐渐形成连铸轴承钢方坯。
(3)加热轧制：将轴承钢方坯送入到加热炉中，经过三段加热，首先在预热段炉温为600-800℃，加热保温时间为1-1.5h，然后进入升温段，炉温为1250-1280℃，加热保温时间为2-3h，最后送入到均热段，均热段炉温为1230-1250℃，保温时间为3-4h，将保温处理后的方坯轧制成为连铸轴承圆钢。
(4)球化退火：将轧制后的圆钢进行第一次缓冷，温度冷却到740-750℃，然后进行快冷，温度冷却到600-620℃，接着进行保温处理1-2h，然后进行第二次缓冷，温度冷却到490-510℃，最后进行空冷，将轴承圆钢冷却到室温。
优选的，步骤(2)所述电磁搅拌棒的搅拌速率为20-25r/min。
优选的，步骤(2)所述冷却段冷却水强度为0.4-0.5L/Kg
优选的，步骤(3)所述加热过程的加热方式为天然气燃烧加热。
优选的，步骤(3)所述轧制温度为950-1000℃。
优选的，步骤(3)所述第一次缓冷的冷却时间为1.5-2h，第二次缓冷的冷却时间为1-1.5h。
优选的，步骤(4)所述快冷的冷却时间为0.5-1h。
优选的，步骤(4)所述空冷的冷却时间4-5h。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的一种轴承钢的生产工艺，具有以下优点：
相对传统工艺生产的轴承钢，本发明提供的工艺生产的轴承钢具有更加优秀的切削加工特性，可以降低生产滚珠、滚珠和轴承套圈等零件的加工成本，此外在加工过程中出现裂纹、结疤、空泡等物理缺陷的可能性更低，提高了生产的良品率，也提高了生产的综合效益。
本发明的工艺生产的轴承钢经过严格的成分控制，结晶过程、三级加热过程以及球化退火过程的处理，具有良好的耐腐蚀性，最重要的是该型钢材化学特性非常均匀稳定，还具有很高的硬度和结构强度，完全符合轴承钢的性能要求。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
(1)合金钢精炼：将原材料炼成钢水，保证钢水中按重量份组成为：Cr：1.8％，C：0.8％，Mn：0.2％，Si：0.4％，P：0.025％，S：0.02％，Ti：0.025％，Cu：0.25％，Ni：0.1％，O：0.002％，Mo：0.4％，余量为Fe和不可避免的杂质，将钢水的温度控制在1550℃。
(2)连铸结晶：将钢水投入到结晶器内，结晶器有规律地震动，并使用电磁搅拌棒搅拌，电磁搅拌棒的搅拌速率为20r/min，然后经过冷却段的冷却，冷却段冷却水强度为0.4L/Kg，逐渐形成连铸轴承钢方坯。
(3)加热轧制：将轴承钢方坯送入到加热炉中，经过三段加热，加热过程的加热方式为天然气燃烧加热，首先在预热段炉温为600℃，加热保温时间为1h，然后进入升温段，炉温为1250℃，加热保温时间为2h，最后送入到均热段，均热段炉温为1230℃，保温时间为3h，将保温处理后的方坯轧制成为连铸轴承圆钢，轧制温度为950℃。
(4)球化退火：将轧制后的圆钢进行第一次缓冷，温度冷却到740℃，冷却时间为1.5h，然后进行快冷，快冷的冷却时间为0.5h，温度冷却到600℃，接着进行保温处理1h，然后进行第二次缓冷，温度冷却到490℃，冷却时间为1h，最后进行空冷，空冷的冷却时间4h，将轴承圆钢冷却到室温。
实施例2
(1)合金钢精炼：将原材料炼成钢水，保证钢水中按重量份组成为：Cr：2.5％，C：0.9％，Mn：0.3％，Si：0.8％，P：0.02％，S：0.18％，Ti：0.023％，Cu：0.22％，Ni：0.08％，O：0.0018％，Mo：0.38％，余量为Fe，和不可避免的杂质，将钢水的温度控制在1600℃。
(2)连铸结晶：将钢水投入到结晶器内，结晶器有规律地震动，并使用电磁搅拌棒搅拌，电磁搅拌棒的搅拌速率为25r/min，然后经过冷却段的冷却，冷却段冷却水强度为0.5L/Kg，逐渐形成连铸轴承钢方坯。
(3)加热轧制：将轴承钢方坯送入到加热炉中，经过三段加热，加热过程的加热方式为天然气燃烧加热，首先在预热段炉温为800℃，加热保温时间为1.5h，然后进入升温段，炉温为1280℃，加热保温时间为3h，最后送入到均热段，均热段炉温为1250℃，保温时间为4h，将保温处理后的方坯轧制成为连铸轴承圆钢，轧制温度为1000℃。
(4)球化退火：将轧制后的圆钢进行第一次缓冷，温度冷却到750℃，冷却时间为2h，然后进行快冷，快冷的冷却时间为1h，温度冷却到620℃，接着进行保温处理2h，然后进行第二次缓冷，温度冷却到510℃，冷却时间为1.5h，最后进行空冷，空冷的冷却时间5h，将轴承圆钢冷却到室温。
实施例3
(1)合金钢精炼：将原材料炼成钢水，保证钢水中按重量份组成为：Cr：2.1％，C：0.8％，Mn：0.2％，Si：0.6％，P：0.021％，S：0.017％，Ti：0.022％，Cu：0.23％，Ni：0.05％，O：0.0017％，Mo：0.34％，余量为Fe，和不可避免的杂质，将钢水的温度控制在1580℃。
(2)连铸结晶：将钢水投入到结晶器内，结晶器有规律地震动，并使用电磁搅拌棒搅拌，电磁搅拌棒的搅拌速率为23r/min，然后经过冷却段的冷却，冷却段冷却水强度为0.4L/Kg，逐渐形成连铸轴承钢方坯。
(3)加热轧制：将轴承钢方坯送入到加热炉中，经过三段加热，加热过程的加热方式为天然气燃烧加热，首先在预热段炉温为700℃，加热保温时间为1.5h，然后进入升温段，炉温为1270℃，加热保温时间为2.5h，最后送入到均热段，均热段炉温为1240℃，保温时间为3.5h，将保温处理后的方坯轧制成为连铸轴承圆钢，轧制温度为970℃。
(4)球化退火：将轧制后的圆钢进行第一次缓冷，温度冷却到745℃，冷却时间为1.5h，然后进行快冷，快冷的冷却时间为1h，温度冷却到610℃，接着进行保温处理1.5h，然后进行第二次缓冷，温度冷却到500℃，冷却时间为1.5h，最后进行空冷，空冷的冷却时间4.5h，将轴承圆钢冷却到室温。
实施例4
(1)合金钢精炼：将原材料炼成钢水，保证钢水中按重量份组成为：Cr：2.3％，C：0.85％，Mn：0.24％，Si：0.7％，P：0.019％，S：0.017％，Ti：0.021％，Cu：0.20％，Ni：0.07％，O：0.0015％，Mo：0.31％，余量为Fe，和不可避免的杂质，将钢水的温度控制在1580℃。
(2)连铸结晶：将钢水投入到结晶器内，结晶器有规律地震动，并使用电磁搅拌棒搅拌，电磁搅拌棒的搅拌速率为24r/min，然后经过冷却段的冷却，冷却段冷却水强度为0.45L/Kg，逐渐形成连铸轴承钢方坯。
(3)加热轧制：将轴承钢方坯送入到加热炉中，经过三段加热，加热过程的加热方式为天然气燃烧加热，首先在预热段炉温为750℃，加热保温时间为1h，然后进入升温段，炉温为1270℃，加热保温时间为3h，最后送入到均热段，均热段炉温为1235℃，保温时间为3.5h，将保温处理后的方坯轧制成为连铸轴承圆钢，轧制温度为980℃。
(4)球化退火：将轧制后的圆钢进行第一次缓冷，温度冷却到750℃，冷却时间为2h，然后进行快冷，快冷的冷却时间为0.5h，温度冷却到600℃，接着进行保温处理2h，然后进行第二次缓冷，温度冷却到510℃，冷却时间为1h，最后进行空冷，空冷的冷却时间5h，将轴承圆钢冷却到室温。
性能测试
取普通合金钢一种、市场上的轴承钢三类作为对照组和本实施例四种轴承钢进行测试，测试内容包括加工性能和耐腐蚀性能，测试方法如下：
1、加工性能测试方法
将试验材装入1200℃的电炉中，待钢材中心温度升高到1100-1150℃后，在空气中进行冷却，钢材表面温度达到1000℃时进行轧制，轧制通过3道次连续进行，依次将厚度由80mm减到64mm、51mm、41mm，然后进行空冷至室温，空冷后，与轧制方向平行线上切断试验材，对中央部的截面30mm的长度进行表面裂纹观察。
关于裂纹，将深度低于60μm判定为“无裂纹”，深度60-100μm判定为“裂纹轻微”，深度超过100μm判定为“有裂纹”。轧制过程中断裂或开裂的，进行备注说明。
2、耐腐蚀性能测试方法
将试验材放置在温度23-25℃，相对湿度90-100％的状态下，24h为一个循环，经行若干个循环实验，对试验件的表面锈点进行统计。
通过该测试，得到如下测试结果：
表1：本实施例和对照组加工性能和耐腐蚀性能测试结果
以上测试结果表明，本发明提供的一种轴承钢的生产工艺所生产的轴承钢，具有良好的加工特性，不容易出现开裂、空泡、结疤等物理缺陷，并且具有很好的耐腐蚀性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种轴承钢的生产工艺，其特征在于：包括如下生产步骤：
（1）合金钢精炼：将原材料炼成钢水，保证钢水中按重量份组成为：Cr：1.8-2.5%，C：0.8-0.9%，Mn：0.2-0.3%，Si：0.4-0.8%，P：≤0.025%，S：≤0.02%， Ti：≤0.025%，Cu：≤0.25%，Ni：≤0.1%，O：≤0.002%，Mo：≤0.4%，余量为Fe和不可避免的杂质，将钢水的温度控制在1550-1600℃；
（2）连铸结晶：将钢水投入到结晶器内，结晶器有规律地震动，并使用电磁搅拌棒搅拌，然后经过冷却段的冷却，逐渐形成连铸轴承钢方坯；
（3）加热轧制：将轴承钢方坯送入到加热炉中，经过三段加热，首先在预热段炉温为600-800℃，加热保温时间为1-1.5h，然后进入升温段，炉温为1250-1280℃，加热保温时间为2-3h，最后送入到均热段，均热段炉温为1230-1250℃，保温时间为3-4h，将保温处理后的方坯轧制成为连铸轴承圆钢；
（4）球化退火：将轧制后的圆钢进行第一次缓冷，温度冷却到740-750℃，然后进行快冷，温度冷却到600-620℃，接着进行保温处理1-2h，然后进行第二次缓冷，温度冷却到490-510℃，最后进行空冷，将轴承圆钢冷却到室温。
2.根据权利要求1所述一种轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤（2）所述电磁搅拌棒的搅拌速率为20-25r/min。
3.根据权利要求1所述一种轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤（2）所述冷却段冷却水强度为0.4-0.5L/Kg。
4.根据权利要求1所述一种轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤（3）所述加热过程的加热方式为天然气燃烧加热。
5.根据权利要求1所述一种轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤（3）所述轧制温度为950-1000℃。
6.根据权利要求1所述一种轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤（3）所述第一次缓冷的冷却时间为1.5-2h，第二次缓冷的冷却时间为1-1.5h。
7.根据权利要求1所述一种轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤（4）所述快冷的冷却时间为0.5-1h。
8.根据权利要求1所述一种轴承钢的生产工艺，其特征在于：步骤（4）所述空冷的冷却时间4-5h。
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