一种高碳铬轴承钢强磁场快速球化退火工艺的制作方法

1.本发明涉及轴承钢热处理技术领域，尤其是一种高碳铬轴承钢强磁场快速球化退火工艺。


背景技术：

2.轴承是重要的机械基础件，它在很大程度上决定了装备的精度、性能与可靠性，在国民经济和国防领域中占有极其重要的地位。轴承钢是所有合金钢中质量要求最严格、检验项目最多、生产难度最大的钢种之一，世界公认轴承钢的生产水平是一个国家冶金水平的标志。
3.轴承钢按特性及应用环境划分为：高碳铬轴承钢(即全淬透型轴承钢)、渗碳轴承钢(即表面硬化型轴承钢)、高温轴承钢、不锈轴承钢四大类。由于高碳铬轴承钢具有高的抗疲劳性能、高的延展性能、良好的耐磨性、合适的弹性和韧性、一定的防锈能力以及良好的冷热加工性能。热处理方法简单，合金元素含量不高，价格便宜等一系列优点，在国际上得到广泛应用，高碳铬轴承钢占所有轴承钢产量的90％以上。
4.碳化物是轴承钢重要的组成相，碳化物越细、越均匀、越圆整对轴承寿命提高贡献越大。轴承钢的热处理包括两个环节，预处理是球化退火，终处理是淬火。轴承钢球化退火的目的是获得铁素体基体上均匀分布着细、小、匀、圆的碳化物颗粒的组织，降低硬度以利于切削加工，为最终热处理做好组织准备。轴承最终淬回火后的组织中碳化物颗粒的尺寸与分布在很大程度上取决于球化退火后碳化物颗粒的尺寸与分布。因此，设计合适的球化热处理工艺获得理想的球化组织是提高轴承疲劳寿命的关键技术之一。
5.传统的球化退火工艺需要较长的退火时间(10～16h)，且退火后碳化物的颗粒不均匀，影响以后的冷加工及最终的淬回火组织和性能。
6.现有的轴承钢球化退火方面的专利技术基本都是多工序，生产工艺复杂，生产周期长，能耗大。
7.例如，专利cn2012100753172公开了一种缩短gcr15轴承钢球化退火热处理时间及提高碳化物球化率及分布均匀性的热处理工艺方法，该工艺首先将轧态gcr15轴承钢以5～15℃/s的速度快速感应加热到700～720℃，保温5～10min后空冷至室温；将冷却后的gcr15轴承钢升温至780℃，保温40min；然后以20℃/h的速度缓慢冷却至700℃后出炉空冷。该专利包含两次升温然后冷却至室温过程，生产工艺复杂，能耗高，耗时超过10h。
8.专利cn201410538252x，公开了一种gcr15高碳铬轴承钢热轧棒线材的在线快速球化退火工艺，该工艺将待轧试样加热到1150～1250℃，等温60～120min；在920～960℃进行轧制，压下量为40％～60％；接着降温到740～780℃进一步轧制，压下量为30％～50％；将轧后钢板以0.3～0.5℃/s的速度缓慢冷却至500～600℃；最后快冷至室温。该专利轧制工艺复杂，对轧机要求高；碳化物主要在缓慢降温过程形成，颗粒不均匀。
9.专利cn201710411463公开了一种gcr15轴承钢热轧后在线快速球化退火方法，该工艺将待轧试样加热到1000～1200℃，等温30～60min；在950～1000℃进行轧制，压下量为
20％～30％；终轧温度为760～800℃，压下量为10％～25％；将轧后钢板在720～750℃进行等温处理，等温时间为3～5h；等温处理后，炉冷至600
±
20℃，空冷。该专利轧制温度较低，对变形抗力较大，对轧机强度要求高，同时影响轧机寿命；且球化退火时间较长，总用时6～10h，生产效率低。
10.专利cn2018103183017公开了一种gcr15轴承钢的快速球化退火工艺方法，该工艺先将热轧gcr15试样加热到1000～1200℃进行等温，等温时间为60～100min，然后随炉冷却至室温；接着将初始退火后的试样加热到800～850℃，等温30～60min；在800～850℃进行轧制，压下量为10％～30％；接着在800～850℃进行等温处理，等温时间为30～60min；等温后的试样炉冷至720～750℃进一步进行等温处理，等温时间为30～120min；随炉冷却至550～650℃；最后空冷至室温。该专利包含两次升温然后冷却至室温过程，生产工艺复杂，球化退火总用时超过10h。
11.专利cn201810665068x公开了一种gcr15轴承钢的在线临界球化退火方法，将热轧结束后的钢棒立即以10～25℃/s的速度水冷至550～650℃，随后以5～20℃/min加热至临界温度790～800℃进行保温，保温时间为1～3h，然后以1～3℃/min炉冷至710～730℃进行等温，等温120min后，以0.5～2.5℃/min炉冷至650～680℃，最后空冷至室温。该专利水冷至550～650℃，所形成的珠光体片层间距较大，同时在随后的加热过程中容易形成粗大的晶界渗碳体，因此需要在790～800℃保温较长时间，以溶解尺寸较大的渗碳体相。


技术实现要素：

12.针对现有技术的不足，本发明提供一种高碳铬轴承钢强磁场快速球化退火工艺，本发明通过对奥氏体化温度和离异共析相变温度的合理选取，保证在奥氏体基体上保留适当含量的未溶的球状碳化物，为离异共析相变过程中渗碳体的析出长大提供更多的形核位置。同时，通过强磁场减小先共析渗碳体的含量，加速离异共析相变，从而有效缩短球化退火所需要的时间，提高能效，优化球化退火组织。
13.本发明的技术方案为：一种高碳铬轴承钢强磁场快速球化退火工艺，包括如下：
14.将高碳铬轴承钢置于强磁场热处理装置中，开始施加强度为8～12t的稳态强磁场，在该磁场下首先将高碳铬轴承钢加热到ac1 (20～50)℃进行奥氏体化，其中，ac1为加热时珠光体向奥氏体转变的温度；
15.然后冷却到ar
1-(10～30)℃进行等温处理，等温处理后降磁场同时降温，磁场为零时出炉空冷，其中，ar1为冷却时珠光体向奥氏体转变的温度。
16.作为优选的，所述的奥氏体化时间为10～30min。
17.作为优选的，所述的等温时间为30～60min。
18.作为优选的，热处理时施加的强磁场由无液氦环状超导磁体产生。
19.作为优选的，所述的热处理装置为热处理炉，所述的热处理炉位于强磁场的中心位置。
20.本发明的有益效果为：
21.1、本发明通过离异共析相变来获得球状碳化物，和传统的通过长时间等温使片层状碳化物断裂、球化的工艺相比，本发明所述强磁场快速球化退火工艺所耗时间为5～8h，只有传统球化退火工艺时间的50％以下，球化退火时间明显缩短，节省了能源，提高了生产
效率；经处理后的组织基本消除了网状渗碳体，组织及力学性能均适合于后续的轴承零件加工成形。
22.2、本发明通过施加强磁场不仅可以加速离异共析相变，缩短球化退火时间，还可以减少先共析渗碳体的含量，避免晶界粗大的碳化物的形成，球化组织中碳化物的均匀性更好，球化组织更优；
23.3、本发明处理后的材料内部组织均匀，避免了热轧原料完全退火后出现带状组织等组织缺陷，且处理的高碳铬轴承钢硬度为hbw179～207之间。
附图说明
24.图1为本发明球化退火金相(om)组织图；
25.图2为本发明球化退火扫描电镜(sem)组织图；
26.图3为本发明球化退火透射电镜(tem)组织图。
具体实施方式
27.下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
28.实施例1
29.本实施例通过将gcr15高碳铬轴承钢试样置于强磁场热处理装置中，开始施加强度为10t的稳态强磁场，在该磁场下首先将gcr15钢加热到810℃进行奥氏体化，奥氏体化时间为30min；然后冷却到720℃进行等温处理，等温时间为60min；等温处理后降磁场同时降温，磁场为零时出炉空冷。
30.经本实施例热处理方法热处理后的gcr15高碳铬轴承钢组织为细小、均匀、球化的碳化物镶嵌在铁素体基体上的球化退火组织，球化退火组织级别为2级，硬度为190hbw，球化退火组织符合国家标准gb/t 18254-2016。
31.实施例2
32.本实施例通过将gcr15simo高碳铬轴承钢试样置于强磁场热处理装置中，开始施加强度为10t的稳态强磁场，在该磁场下首先将gcr15simo钢加热到800℃进行奥氏体化，奥氏体化时间为30min；然后冷却到700℃进行等温处理，等温时间为60min；等温处理后降磁场同时降温，磁场为零时出炉空冷。
33.经本实施例所述热处理方法热处理后的gcr15simo高碳铬轴承钢组织中碳化物细小、均匀、球化，球化退火组织级别为2级，硬度为185hbw，球化退火组织符合国家标准gb/t 18254-2016。
34.上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。