本发明专利技术属于金属材料热处理技术领域，涉及一种GCr15轴承钢球化退火工艺。本发明专利技术所涉及的球化退火工艺路线是：以50～100℃/Ｈ的速度加热至730℃保温２～３Ｈ——升温至785℃±5℃保持4±0.5Ｈ——以２0℃≦30℃/Ｈ的速度降温至720℃保温２～３Ｈ——随炉冷却至550℃出炉空冷。本发明专利技术工艺经济实用，实现了确保退火材料的物理性能均匀一致，可以达到在不同炉次、同一炉次不同部位产品质量的均一性和重复性，使产品的组织性能、畸变等质量的分散度达到趋于零的程度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料热处理
，涉及一种GCrl5轴承钢球化退火工艺，尤其是轴承滚动体材料大炉量情况下退火组织均一性技术。
技术介绍
所述GCr 15轴承钢组成元素以Fe为基体同时含C :0. 95 1.05%;Cr :1. 40 1.65 ；Mn 0. 25 O. 45 ; Si 0. 15 O. 35 ; S 彡 O. 025、P 彡 O. 025、Mo ( O. 10、Ni ( O. 30、Cu ( O. 25、Ni+Cu ( O. 50 ;其他微量元素钛(Ti)、钒(V)、钨(W)、硼(B)、氮(N)、氧(O )等及稀土类(Xt)亦加以控制(执行标准GB/T18254-2002)。GCrl5是高铬轴承钢的典型牌 号，占铬轴承钢产量的9 O %左右，其线材主要用于制造轴承滚动体。轴承钢球化退火的目的，一是获得合适硬度，以利于后续冷拉拔、冷镦及切削加工；二是获得铁素体基体上均匀分布着细小球状碳化物颗粒的组织，为最终高温淬火和回火提供组织准备。碳化物的组织形态(形状、大小、数量和分布)对最终性能影响很大，但因淬火时有相当多的碳化物不能溶解，所以淬火后碳化物的组织形态基本上仍由球化退火所决定，因此球化退火是轴承滚动体生产中极其重要的工艺技术. 目前，GCr 15轴承钢球化退火最常用的两种传统工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Acl(约为735 760°C)以上20 50°C，保温适当时间，然后随炉冷却(50°C/ h)至600°C左右出炉空冷；等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Arl的温度(690 720V )进行等温，等温后随炉冷至600°C左右出炉空冷；此外，实践中有的单位开发了诸如周期球化退火(循环球化退火)、快速退火等工艺技术，如在Acl点附近的温度反复进行加热和冷却，一般进行3 4个周期，使片状珠光体在几次溶解一析出的反复过程中，碳化物得以球化。上述球化退火工艺存在的不足之处是 传统球化退火工艺是在早期基于炉型简单、炉容量较小的背景下出现的，目前许多关于球化退火的研究工作也往往是在实验室条件下进行的，随着现代大型工业加热炉的出现，影响球化退火质量的因素也越来越多、愈来愈复杂，许多在单件、小件退火背景下不起作用的因素常常在新条件下变为必须十分注意控制的因素，但这方面的研究还很不够。如普通球化退火在大炉容量时，材料热均匀性差，常出现碳化物的颗粒不均匀，材料局部可能过烧，而有的地方却欠热，硬度不一致，影响以后的冷加工及最终淬回火的组织和性能；等温球化退火工艺是利用不均匀奥氏体中未溶碳化物或奥氏体中高浓度碳偏聚区的非自发形核作用来加速球化，由于一般情况下等温时间较长(为其加热保温时间的I. 5倍)，对于细珠光体组织，往往会转变为粗大珠光体组织，其结果不利于碳化物的球化；至于重复摆动球化退火，其工艺操作繁杂，很不经济，只适用于小型和少量工件的热处理。也有少数钢厂进行了热轧过程中的控轧控冷实验，以期达到使热轧钢丝内部组织球化的目的，但这种方式严重影响钢厂生产效率，且球化质量不高，难以完全替代专业化的球化退火工艺技术。GCrl5盘条一般每盘质量在2 . 5 T左右，为提高效率、节省能源，实践中多采用十余或数十吨材料一次处理。上述传统球化退火工艺条件下，在炉型较大、装炉量较多和需要拼炉装料时，由于材料规格、化学成分(主要是微量元素)的差异、加热炉有效加热区温度与保温时间的不一致、炉料吨位较大时热惯性亦较大等因素影响，很难保证材料处理后的质量均一性，实践中往往会造成同一炉次球化退火质量明显不均匀、不同炉次的质量重复性较差,从而造成后续加工生产的轴承滚动体质量分散度较高。球化退火属于不完全退火，它之所以能使渗碳体球化，在因为相变时奥氏体化是“不完全”的，其加热温度只高于Acl不多，在片状珠光体转变成奥氏体的同时，有少量碳化物溶解，还有大量碳化物保留着，在冷却的时候，成为溶于奥氏体中碳化物的结晶核心。另外溶于奥氏体中的碳化物，其成分并不均匀，在碳化物原先存在的地方，含碳浓度高，由此造成奥氏体中各处碳浓度的差别，于是，当浓度不均匀的奥氏体冷却到Ar I以下时，未溶的碳化物及浓度不均匀的奥氏体，便析出碳化物，同时由于表面张力的作用形成了球粒状珠光体。在材料化学成分一定的前提下，球化过程的主要控制因素就是加热速度、温度与保温时间、冷却速度，在保证球化好的前提下，为实现热处理质量均一性(分散度降低到零) 的目标，则设备的可靠性、工艺的先进性、稳定性、加热炉温度的均匀性、炉气的循环性和在线控制，都是非常重要的影响因素。显然，传统的球化退火工艺路线并不能满足和适应这些要求，必须根据具体的生产条件加以适应性改造，寻求新的工艺技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是，基于强对流保护性气氛下，实现较大吨位(20T左右/炉.次)GCrl5轴承钢盘条球化退火质量稳定合格，组织保持在2 3级，且解决同炉次材料质量均一性、不同炉次质量同一性问题。所述强对流保护性气氛，是指材料在整个退火工艺过程中，都置于强对流循环状态的保护气氛中，使钢材表面无氧化，不脱碳。所述保护气氛，是指根据变压吸附原理，采用高品质碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取的高纯度(9 9. 9 9 9 %)氮气，必要时再加入一定量碳势气氛。整套制氮设备全部微机控制，自动化程度高，能有效保证产品质量和设备安全运行。 基于上述条件，本专利技术所涉及的GCrl5轴承钢丝球化退火工艺路线是以50 100°C / H的速度加热至730°C保温2 3 H——升温至7850C ±5°C保持4±0·5Η——以2 0°C刍30°C / H的速度降温至720°C保温2 3 H——随炉冷却至550°C出炉空冷。本专利技术所述工艺的技术特点是 I)采取阶梯式升温。即在从室温至设定最高温度之间，设置了一个等温保温的阶段，在730°C等温2 3 H。传统工艺均采用直线式升温，对于炉容量在10数吨以上的情况，很不利于炉料均热化，虽然有强对流气体强化了热传递，但炉料从表面到心部的热透时间，还与材料本身的吸热速率、规格的大小相关，在不同厂家、不同规格的材料拼炉处理的情况下，这一矛盾尤为突出。本专利技术采取略低于Acl (735 760 °C )下限的温度等温既有利于炉料均热，且在该温度区间等温时，珠光体开始向奥氏体转变，但温度不太高，已经开始出现领先相，有利于防止奥氏体化学成分过于均匀而导致随后处理中大量片状珠光体出现。2)采取较低的退火温度(785°C ±5°C)。对一般碳素钢来说，球化退火加热理论温度应是该钢的Acl以上20_30°C，Acl是一个温度区间，对GCrl5这类过共析钢来说，理论退火温度可达830°C。通常情况下，如设定的加热最高温度偏低，则产生浓度很均匀的奥氏体和大量未溶碳化物，冷却后极不利于得到均匀的球状珠光体；当最高退火温度设定偏高时，由于二次碳化物大部分溶解，晶核减少，退火后则易于出现粗大而不均匀的球状珠光体；只有当退火温度设定在最佳区间时，难溶的碳化物才逐渐团聚和溶解，冷却时可获得均匀的细粒状珠光体，才能达到预期的效果。传统工艺通常采用790°C 830°C的偏高的设计温度，是因其设备、气氛及控制手段本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于强对流保护性气氛下的GCr15轴承钢球化退火工艺，其特征在于：所述球化退火工艺路线中：１）采取阶梯式升温方法，即在从室温至设定最高温度之间，设置了一个等温保温的阶段，在730℃等温2～３Ｈ，改变了传统的直线式升温方式；？所述的最高温度为785℃±5℃；２）采取较低的退火温度785℃±5℃和较短的保温时间4～５Ｈ；３）以20℃≦30℃/Ｈ速度降温，降温至720℃保温２～３Ｈ；４）随炉冷却至550℃±10℃出炉空冷。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王静辉，王联世，
申请(专利权)人：洛阳鼎辉特钢制品股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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