轴承钢和阀门钢线材的生产工艺

作者：朱敬华
（重庆钢铁股份有限公司高速线材厂）

　　摘　要：简要介绍了重庆钢铁股份有限公司高速线材厂的生产设备概况；为在普碳钢生产线上生产轴承钢、阀门钢线材，通过合理控制加热、轧制、控制冷却工艺，不仅使设备运行稳定，而且满足了用户对产品的外形尺寸、性能等要求。
　　关键词：轴承钢；阀门钢；线材；生产工艺
　　1　概况
　　重庆钢铁股份有限公司高速线材厂的加热炉为步进梁式加热炉，有效面积为16.5mX 8.7m，燃料为转炉煤气，生产能力为75t/h，原料为150mmX150ramX8200mm；轧机共28架，全线采用平立交替无扭连续轧制方式，Φ6.5mm线材保证轧制速度为80m/s，前14架为平立交替二辊闭口式轧机，预精轧机的15#～18#轧机为Φ285rnm平立交替悬臂式轧机，1#～18#轧机均采用直流电机单独传动，19#～28#轧机为精轧机组，为超重载型顶交45。悬臂辊环紧凑式轧机，采用集体传动方式；机组之间设3台飞剪，预精轧机组间设5个立活套，精轧机组前设1个水平活套，预精轧机组与精轧机组间设有穿水冷却装置和缓冷段，精轧机组与吐丝机间设有3段穿水冷却装置和缓冷段，吐丝机后为斯太尔摩风冷线，电气自动化系统由一套PLC控制。
　　制造滚动轴承的钢材需具有高的抗压强度与疲劳极限、高的硬度、高耐磨性以及一定的韧性。制造阀门的钢材需具有高的抗压强度与疲劳极限、高硬度和高耐磨性。而重钢高线厂的生产线主要生产普碳钢，在生产轴承钢、阀门钢线材时，需考虑轧制工艺对设备的影响，同时需考虑加热温度、加热时间对合金成分均匀性和碳化物的影响。因此在生产轴承钢、阀门钢线材时，对开轧温度、进精轧温度、吐丝温度、吐丝后冷却速度以及关键机架的轧件尺寸进行了严格控制，优化了钢材内部组织，提高了其组织的均匀性、再加工性和产品外形尺寸的稳定性，从而既保证了设备安全，生产也取得了良好效果。
　　2　加热工艺控制
　　2.1控制机理
　　充分利用步进梁式加热炉三段式的特点，对加热温度、加热时间严加控制，以使合金成分更加均匀；并抑制碳化物析出。重钢高线厂生产的滚动轴承和阀门用线材的钢号为GCrl5、4Cr9Si2，其Cr含量较高。Cr元素在加热过程中扩散缓慢，其奥氏体均匀化速度较普碳钢慢。因此，要得到较均匀、含有足够数量合金元素的奥氏体，充分发挥合金元素的有益作用，以提高淬透性及钢的力学性能，需提高加热温度并有较长的保温时间。但因合金碳化物以弥散质点形式分布在奥氏体晶界上，故对奥氏体晶粒长大起到阻碍作用，过热会造成以弥散质点形式分布在奥氏体晶界上的合金碳化物完全溶入奥氏体，使奥氏体晶粒长大，所以加热时不能过热。
　　2.2加热温度和加热时间的控制
　　对GCrl5、4Cr9Si2加热温度的控制见表1。

　　3　轧制工艺控制
　　通过控制开轧温度，进精轧时的温度，轧辊冷却水量，6#、12#、18#机架的红坯料形以及活套的稳定性，来保证设备的安全和得到用户要求的组织和外形尺寸。轧制坯料尺寸为140ram×150mm×6000mm。从坯料断面分析，以140mm高为压下方向来保证第1机架的正常咬人和不倒钢，轧制Φ8mmGCrl5线材时的轧制速度应为52.8m/s，轧制26道次；轧制Φ10mm4Cr9Si2线材时的轧制速度应为33.8m/s，轧制24道次。从实际轧制情况分析，由于粗轧轧制速度较低，温降较大，所以应适当减少粗轧时的轧辊冷却水量；虽轧制负荷比普碳钢的负荷高5％～10％，但设备稳定安全；经多道次轧制后，奥氏体组织较细小；外形尺寸控制在C级。GCrl5、4Cr9Si2的轧制工艺参数见表2。

　　4　控制冷却工艺控制
　　4.1控制机理
　　过冷奥氏体向珠光体或贝氏体的转变属扩散型相变。合金元素溶入奥氏体后，能降低原子扩散速度，使奥氏体稳定性增加，使C曲线右移，且改变C曲线形状[1]，如图1所示。

　　Cr元素溶入奥氏体后，使C曲线形状发生变化，出现2个过冷奥氏体Z不稳定区，上部分为珠光体转变区，下部分为贝氏体转变区，在两区之间，过冷奥氏体有很大的稳定性。GCrl5、4Cr9Si2的C含量分别是1.01％、0.42％，Cr含量分别是1.53％、8.50％。其C曲线位置：4Cr9Si2比GCrl5偏右，4Cr9Si2珠光体转变区温度约为75012，相对较窄，GCrl5珠光体转变区温度约为630℃。
　　4.2控冷工艺
　　根据重钢高线厂的具体情况，对GCrl5、4Cr9Si2线材采用了不同的控冷工艺，见表3，辊道速度见表4。

　　从表3可看出，为保证相变温度，避免冷却速度过快而避开c曲线鼻尖产生马氏体、形成网状碳化物给再加工带来困难，GCrl5钢采用了自然空冷，4Cr9Si2钢采用了从4#保温罩后关闭所有保温罩的控冷工艺。
　　5　实物质量
　　通过采用上述加热、轧制、控制冷却工艺生产的轴承钢、阀门钢线材，合格率为100％，成材率为96％，产品尺寸精度达到C级，σs为610MPa，σb为890MPa，δ为21％，ψ为55％，交货线材硬度为HB255；因此用户对外形尺寸、性能、成材率等均较满意。
　　6　结语
　　根据合金钢中合金元素含量不同采用不同的加热工艺，可使钢中的合金成分均匀，阻止晶粒长大，避免偏析，为控冷过程中钢的组织均匀化提供条件，而且，可避免加热缺陷产生。根据合金钢中合金元素含量的不同采用不同的轧制工艺，可保证设备的安全稳定，并能得到合理的产品组织和较好的外形尺寸。
　　根据合金钢中合金元素含量不同采用不同的控冷工艺，可保证得到不同的相变温度、相变速度；而且，当冷却速度过快时可避开C曲线鼻尖产生马氏体而形成网状碳化物，给再加工带来的困难。
　　参考文献：
　　[1]王运炎．金属材料及热处理[M]．北京：机械工业出版社，1984．