一种大规格高碳铬轴承钢的控轧控冷方法与流程

本发明涉及钢铁制造领域，特别涉及大规格高碳铬轴承钢的控轧控冷方法。

背景技术：

高碳铬轴承钢是轴承钢中的一类，是制造轴承和轴承零件的最常用钢种。高碳铬轴承钢中最常用的是GCr15和GCr15SiMn。

目前，高碳铬轴承钢棒材控温轧制工艺是在精轧前采用预水冷将轧件表面快速降温，然后经过一定时间均温后施加一定的轧制变形量；精轧后，再采用水冷将轧件冷却到某一温度，从而得到所需要的组织和性能。

此种工艺对于断面直径小于80mm的较小规格轴承钢的控温轧制效果比较理想。但是，对于断面直径大于80mm的轴承钢，预水冷的应用受到限制，其主要原因如下：

1)坯料规格较大。为了保证轴承钢的内部质量，应采用较大的压缩比。对于直径大于80mm的轴承钢，所用坯料断面一般在76000mm²(相当于边长275mm的方坯)以上，预水冷轧件规格约为Φ115mm，冷却后芯表温度梯度太大，所以采用预水冷很难达到控温轧制的效果。

2)加热温度较高。为了消除铸坯中的碳化物液析、改善碳化物带状和网状不均匀性，应采用较高的加热温度。对于GCr15连铸坯，其加热温度为1180～1220℃。

3)终轧温度较低。为了控制网状碳化物级别，通常采用较低的终轧温度。对大规格棒材，该温度为750～850℃。

4)轧件内应力较大。由于坯料及产品规格较大、温降幅度要求高，如果采用冷却速度较快的水冷，轧件心表温差及内应力会较大，容易造成表面缺陷。

5)均温距离较长。由于温降大，所需均温时间及均温距离长，这意味着整个生产线被拉长。通常情况下，由于场地条件的限制而难于实现。

由于目前对于大规格轴承钢棒材还没有适宜的控轧控冷工艺，只能采用常 规热轧工艺，网状碳化物级别较高，增加了下游工序的加热或热处理成本。因此，迫切需要一种适用于大规格轴承钢的控轧控冷工艺来改变目前不利的生产状况。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于大规格高碳铬轴承钢的控轧控冷方法，采用该方法得到的大规格高碳铬轴承钢碳化物级别低，产品性能好。

本发明公开了一种大规格高碳铬轴承钢的控轧控冷工艺，包括以下步骤：

(A)粗轧后的大规格高碳铬轴承钢轧件进行多根同时空冷；

(B)将经过空冷的轧件进行精轧；

(C)将精轧后的轧件进行分级水冷。

优选的，所述轧件在粗轧和精轧两个机组之间脱头轧制，并且有多根轧件在粗轧和精轧机组之间实现连续空冷。

优选的，所述粗轧前，钢坯出炉温度为1180～1220℃。

优选的，所述精轧开始时，轧件的温度为750～850℃。

优选的，所述水冷的冷却速率大于等于3～5℃/s，冷却后轧件温度小于等于700℃。

与现有技术相比，本发明的大规格高碳铬轴承钢的控轧控冷工艺，包括以下步骤：

(A)粗轧后的大规格高碳铬轴承钢轧件进行多根同时空冷；

(B)将经过空冷的轧件进行精轧；

(C)将精轧后的轧件进行分级水冷。

在精轧前进行空冷，控制精轧在两相区温度范围内完成，使得未再结晶的奥氏体和先析出的碳化物受到塑形变形，晶粒进一步被拉长，形成大量位错，使得使先析出的碳化物网形成细小、分散小条状的碳化物颗粒。在精轧后配合水冷，加速冷却，阻止了过共析碳化物沿晶界析出，在轧后的组织中得到比较少而薄的碳化物网络。最终使得较大规格轴承钢达到降低网状碳化物级别的效果。实验结果表明，按照本发明的控轧控冷方法制备的规格不大于Φ90mm轴承钢，其芯部网状碳化物级别不大于2.5；规格为Φ95mm～Φ120mm的轴承钢，1/2R半径网状碳化物级别不大于2.5，芯部不大于3.0，达到现行国标GB/T 18254-2002对于该规格范围内退火材网状碳化物级别要求；规格为Φ125mm～Φ130mm的轴承钢，1/2R半径网状碳化物级别不大于2.5芯部不大于3.5。

附图说明

图1为本发明第一种控轧控冷区域工艺布置示意图；

图2为本发明第二种控轧控冷区域工艺布置示意图；

图3为本发明第三种控轧控冷区域工艺布置示意图；

图4为规格Φ90mm轴承钢棒材温度变化曲线图；

图5为规格Φ110mm轴承钢棒材温度变化曲线图；

图6为规格Φ120mm轴承钢棒材温度变化曲线图；

图7为规格Φ130mm轴承钢棒材温度变化曲线图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种大规格高碳铬轴承钢的控轧控冷方法，包括以下步骤：

(A)粗轧后的大规格高碳铬轴承钢轧件进行多根同时空冷；

(B)将经过空冷的轧件进行精轧；

(C)将精轧后的轧件进行分级水冷；

所述水冷的冷却速率大于等于3～5℃/s，冷却后轧件温度小于等于700℃。

本发明是一种适合用于大规格高碳铬轴承钢的控轧控冷方法，通过该方法可以得到复合要求的高碳铬轴承钢。本发明的大规格高碳铬轴承钢是指断面直径大于80mm的高碳铬轴承钢。

按照本发明，首先将粗轧后的大规格高碳铬轴承钢轧件进行空冷。所述粗轧前，钢坯出炉温度优选为1180～1220℃。

所述空冷可以按照3种方式实施，按照所述3种方式满足了在连续生产中精轧前空冷降温的需求：

第一种实施方式，参见图1。

粗轧机组和精轧机组之间设置两个并排放置的控温台架，

设轧件断面面积为A0，轧件长度为L0；粗轧和精轧机组之间水平方向距离为Lx，竖直方向距离为Ly，粗轧和精轧机组之间辅助设备工艺距离为La，轧制节奏为t0，根据温降要求所需要冷却时间为t、轧件直行速度为Sx、横移速度为Sy，横移距离Ls，同时冷却的轧件根数为N，轧件经过粗轧机组后断面面积为A1，再经过精轧机组后断面面积为A2，

其实现方式为：经过粗轧机组轧制出来的轧件由第一控温台架的下部进入，然后被推至第一控温台架上部，平移至第二控温台架上部，最后移动至第二控温台架下部，由此再进入精轧机组进行精轧。

当Ly＝0时：Lx＝2×L0×A0/A1+La；

Ls＝Sy×(t-Lx/Sx)/2；

N＝t/t0。

第二种实施方式，参见图2。

粗轧机组和精轧机组之间设置一个控温台架，脱头辊道设置在控温台架中间。

设轧件断面面积为A0，轧件长度为L0；粗轧和精轧机组之间水平方向距离为Lx，竖直方向距离为Ly，粗轧和精轧机组之间辅助设备工艺距离为La，轧制节奏为t0，根据温降要求所需要冷却时间为t、轧件直行速度为Sx、横移速度为Sy，横移距离Ls，同时冷却的轧件根数为N，轧件经过粗轧机组后断面面积为A1，再经过精轧机组后断面面积为A2，

其实现方式为：经过粗轧机组轧制出来的轧件由控温台架中部进入，逐渐上移到控温台架上部，待第1根轧件冷却至规定温度时，轧件整体向下平移，将第1根轧件放置在脱头辊道上，由此进入精轧机组进行精轧，以此类推。所述规定温度即为精轧开始时的温度750～850℃。

当Ly＝0时：Lx＝L0×A0/A1+La；

Ls＝Sy×(t-Lx/Sx)；

N＝t/t0。

第三种实施方式，参见图3。

粗轧机组和精轧机组之间设置一个控温台架，

设轧件断面面积为A0，轧件长度为L0；粗轧和精轧机组之间水平方向距离为Lx，竖直方向距离为Ly，粗轧和精轧机组之间辅助设备工艺距离为La，轧制节奏为t0，根据温降要求所需要冷却时间为t、轧件直行速度为Sx、横移速度为Sy，横移距离Ls，同时冷却的轧件根数为N，轧件经过粗轧机组后断面面积为A1，再经过精轧机组后断面面积为A2，

其实现方式为：

经过粗轧机组轧制出来的轧件由控温台架下部进入，逐渐上移到控温台架上部，待冷却至规定温度时，轧件平移至精轧机组的水平方向，由此进入精轧机组进行精轧。所述规定温度即为精轧开始时的温度750～850℃。

当Ly≠0时：Lx＝L0×A0/A1+La；

Ls＝Sy×(t-Lx/Sx)；

Ly＝Ls；

N＝t/t0。

按照本发明，进行空冷过程后，将经过空冷的轧件进行精轧。所述精轧开始时，轧件的温度为750～850℃，在该两相区轧制温度区间完成精轧，由利于使得碳化物颗粒细小，从而降低碳化物级别。本发明对于具体精轧的方法没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的方式进行即可。为了满足快速经济、节约成本的原则，优选的，所述轧件在粗轧和精轧两个机组之间脱头轧制，并且有多根轧件在粗轧和精轧机组之间实现空冷。

经过精轧后，将精轧后的轧件进行分级水冷。精轧后，轧件经过变形升温达到800～900℃。需要读精轧后的轧件进行迅速的冷却。所述水冷的冷却速率大于等于3～5℃/s，冷却后轧件温度小于等于700℃。

按照本发明，经过控轧控冷方法后的大规格轴承钢的总变形量A0-A2)/A0≥93％；精轧变形量：(A1-A2)/A1≈50％；规格不大于Φ90mm轴承钢，其芯部网状碳化物级别不大于2.5；规格为Φ95mm～Φ120mm的轴承钢，1/2R半径网状碳化物级别不大于2.5，芯部不大于3.0，达到现行国标GB/T 18254-2002对于该规格范围内退火材网状碳化物级别要求；规格为Φ125mm～Φ130mm的轴承钢，1/2R半径网状碳化物级别不大于2.5，芯部不大于3.5。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的大规格高碳铬轴承钢的控轧控冷方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1控轧控冷Φ90mm轴承钢棒材

将钢坯加热至1200℃出炉，经高压水除鳞后，在粗中轧轧制12道次，中间断面为Φ120mm，经横移台架边步进边冷却(如图1)，同时冷却根数为2根，控温5分钟后，轧件表面温度达到800℃，芯表温度梯度为78℃，切头尾后进入精轧机组轧制4道次，轧成最终成品Φ90mm，终轧速度为1.57m/s，出精轧机组后立即进入轧后水冷段快速冷却，控制上冷床回复温度为650℃，随后在冷床上继续缓慢冷却，并完成后续定尺收集工序。轧后水冷段由3套水箱组成，每套水箱之间设置回温段，控制轧件冷却后表面温度不低于300℃，避免表面产生马氏体组织。

轧件控轧控冷温度变化曲线详见图4，图4中，1为控温过程，2为控冷过程。

控轧控冷工艺参数和最终成品碳化物级别详见附表1。

实施例2：控轧控冷Φ110mm轴承钢棒材

将钢坯加热至1200℃出炉，经高压水除鳞后，在粗中轧轧制10道次，中间断面为Φ148mm，经横移台架边步进边冷却，同时冷却根数为3根，控温8分钟后，轧件表面温度达到800℃，芯表温度梯度为90℃，切头尾后进入精轧机组轧制4道次，轧成最终成品Φ110mm，终轧速度为1.05m/s，出精轧机组后立即轧后水冷段快速冷却，控制上冷床回复温度为650℃，随后在冷床上继续缓慢冷却，并完成后续定尺收集工序。轧后水冷段由3套水箱组成，每套水箱之间设置回温段，控制轧件冷却后表面温度不低于300℃，避免表面产生马氏体组织。

轧件控轧控冷温度变化曲线详见图5，图5中，1为控温过程，2为控冷过程。控轧控冷工艺参数和最终成品碳化物级别详见附表1。

实施例3：控轧控冷Φ120mm轴承钢棒材

将钢坯加热至1200℃出炉，经高压水除鳞后，在粗中轧轧制8道次，中间断面为Φ177mm，经横移台架边步进边冷却，同时冷却根数为3根，控温7 分钟后，轧件表面温度达到800℃，芯表温度梯度为110℃，切头尾后进入精轧机组轧制4道次，轧成最终成品Φ120mm，终轧速度为0.88m/s，出精轧机组后立即轧后水冷段快速冷却，控制上冷床回复温度为650℃，随后在冷床上继续缓慢冷却，并完成后续定尺收集工序。轧后水冷段由3套水箱组成，每套水箱之间设置回温段，控制轧件冷却后表面温度不低于300℃，避免表面产生马氏体组织。

轧件控轧控冷温度变化曲线详见图6，图6中，1为控温过程，2为控冷过程。控轧控冷工艺参数和最终成品碳化物级别详见附表1。

实施例4：控轧控冷Φ130mm轴承钢棒材

将钢坯加热至1200℃出炉，经高压水除鳞后，在粗中轧轧制8道次，中间断面为Φ177mm，经横移台架边步进边冷却，同时冷却根数为3根，控温7分钟后，轧件表面温度达到800℃，芯表温度梯度为110℃，切头尾后进入精轧机组轧制4道次，轧成最终成品Φ130mm，终轧速度为0.75m/s，出精轧机组后立即轧后水冷段快速冷却，控制上冷床回复温度为650℃，随后在冷床上继续缓慢冷却，并完成后续定尺收集工序。轧后水冷段由3套水箱组成，每套水箱之间设置回温段，控制轧件冷却后表面温度不低于300℃，避免表面产生马氏体组织。

轧件控轧控冷温度变化曲线详见图7，图7中，1为控温过程，2为控冷过程。控轧控冷工艺参数和最终成品碳化物级别详见附表1。

表1：代表规格棒材组织性能预报

比较例1

按照常规轴承钢的制备工艺：

将钢坯出炉，经高压水除鳞后，依次进行粗轧和精轧，然后直接进行水冷，得到轴承钢。

由于常规方法不进行控温轧制，粗轧后也不采用控冷措施，因此，热轧材碳化物级别都在3.5级以上。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。