控轧控冷对轴承钢网状碳化物的影响
周月林+顾铁
【摘 要】论文阐述了对轴承钢产品进行的控轧、控冷试验，对比分析了终轧温度、上冷床温度对轴承钢网状组织及退火工艺的影响。
【Abstract】 Paper expounds the rolling control and cooling control tests of ball bearing steel products， and compares and analyzes the impacts of finish rolling temperature and temperature to cooling bed on the meshed structure of boll bearing steel and the annealing process.
【关键词】碳化物网状；控轧；控冷；轴承钢
【Keywords】meshed- carbide； controlled rolling； controlled cooling； ball bearing steel
【中图分类号】TS95 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0180-03
1 引言
江阴兴澄特种钢铁有限公司（以下简称：兴澄特钢）轴承钢品质位于国内前茅，但较国外相比，特别在碳化物的分布、碳化物颗粒大小、碳化物网状组织级别等方面仍有一定差距。国内生产的轴承钢钢材制作的轴承滚珠和滚针较少，一般用于制作轴承套圈。
兴澄特钢于2005年投产建成的小棒轧制生产线，是世界上先进的棒材生产线，此生产线配置了多个控制轧制的水箱，可以进行轴承钢控轧、控冷试验和研究[1，2]。较多产品用于制作轴承钢滚珠或滚针。
2 生产设备和生产工艺
该轧制生产线全线共23架轧机，其中粗轧4架、中轧10架和预精轧4架，共18架，精轧为5架三辊式考克斯（KOCKS）轧机。全线共有5组控冷水箱，可实现300℃范围内的温降。
采用二火轴承钢控轧、控冷轧制工艺，成品轧制在该小棒轧制生产线进行控轧，可控制精轧温度800℃以上和800℃以下。
3 试验及分析
3.1 控轧控冷试验
3.1.1 试验对象
钢种：A（钢种代号，且选取同一炉的材料）；连铸时控制过热度不超过30℃；连铸坯规格为390mm×510mm，后将连铸坯开坯为200mm2中间坯。
鋼材的熔炼成分见下表1：
3.1.2 不同工艺试验结果对比
①普通轧制
不采用控轧控冷工艺，轧材规格为Φ35mm，开轧温度约1008℃，终轧温度大于890℃，取8支样品。
②控轧控冷，终轧温度约870℃
采用控轧控冷，轧材规格为Φ35mm，开轧温度约1008℃，终轧前穿水，控冷至870℃左右，轧后继续穿水冷却，上冷床时回温，钢材返红温度约760℃，取8支样品。
③控轧、控冷，终轧温度830℃
采用控轧控冷，轧材规格为Φ25mm，开轧温度约1008℃，控冷至840℃左右，轧后继续穿水冷却，上冷床时回温，钢材返红温度约740℃，取8支样品。
④控轧、控冷，终轧温度750℃
采用控轧控冷，轧材规格为Φ25mm，开轧温度约1008℃，控冷至780℃左右，轧后继续穿水冷却，上冷床时回温，钢材返红温度约690℃，取8支样品。
具体试验参数如表2所示。
3.1.3 网状碳化物结果
试样后续经球化退火热处理，之后作金相对碳化物网状评级，结果见下表3：
比较分析图1～图4，终轧温度为890℃时，碳化物呈明显完整的网状，且几乎充满整个观察视场；终轧温度降低为870℃时，碳化物网状明显改善，部分呈半网状态；终轧温度为830℃时，碳化物分布明显分散，视场内部分碳化物呈直线状；终轧温度继续降至780℃时，碳化物均匀分散，几乎不成网，网状碳化物≤2.5级[3，4]，能满足用户的要求。
3.2 退火工艺对比分析
3.2.1 试验对象
选取控轧控冷的材料进行球化退火，部分按原有工艺进行退火（试样标为Y1），部分则按设计工艺进行退火试验（试样标为Y2）。
3.2.2 试验工艺不同点
试验用退火炉，装炉量≤900kg/m，进钢速度由原先的3.9m/h升至4.3m/h，速度提高6%（原先工艺总在炉退火时间为1020分钟，试验工艺总时间为956分钟），具体退火曲线见下图5：
3.2.5 结果对比分析
本试验将球化退化时进钢速度提升了6%，由检验结果可知，球化组织改善不明显，基本在2.3～2.4级，中心部位则≥2.4级，带状组织、网状组织及硬度都符合要求，两者结果对比不明显。
由此可见：球化退火进钢速度提升6%，钢材性能满足标准要求，但球化退火总的时间减少64分钟，从而提高了生产效率，降低了能耗，具有重要的应用价值。
4 结论
①轧制时通过控轧控冷，能够明显改善轴承钢网状碳化物网状组织。
②为得到最佳的碳化物网状级别，终轧温度控制在780～830℃范围内，上冷床返红温度≤690℃，能得到相对最佳的网状级别。
③通过控轧控冷，可以将轧材可球化退火的时间缩短，降低能耗并提高生产效率。
【参考文献】
【1】赵明纯，单以银，曲锦波，等.控轧控冷工艺对X60管线钢组织及力学性能的影响[J].金属学报，2001（2）：4-8.
【2】黄礼胜，于良，方农.控轧控冷工艺在新型重载精轧机的应用[J].钢铁，2002，37（5）：16-18.
【3】李胜利，徐建忠，王国栋，等.大断面轴承钢控轧控冷工艺的模拟与分析[J].东北大学学报（自然科学版），2004（1）：1-6.
【4】吴成军. 轧后控制冷却在轴承钢生产中的应用[D].上海：上海大学，2006.
【摘 要】论文阐述了对轴承钢产品进行的控轧、控冷试验，对比分析了终轧温度、上冷床温度对轴承钢网状组织及退火工艺的影响。
【Abstract】 Paper expounds the rolling control and cooling control tests of ball bearing steel products， and compares and analyzes the impacts of finish rolling temperature and temperature to cooling bed on the meshed structure of boll bearing steel and the annealing process.
【关键词】碳化物网状；控轧；控冷；轴承钢
【Keywords】meshed- carbide； controlled rolling； controlled cooling； ball bearing steel
【中图分类号】TS95 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0180-03
1 引言
江阴兴澄特种钢铁有限公司（以下简称：兴澄特钢）轴承钢品质位于国内前茅，但较国外相比，特别在碳化物的分布、碳化物颗粒大小、碳化物网状组织级别等方面仍有一定差距。国内生产的轴承钢钢材制作的轴承滚珠和滚针较少，一般用于制作轴承套圈。
兴澄特钢于2005年投产建成的小棒轧制生产线，是世界上先进的棒材生产线，此生产线配置了多个控制轧制的水箱，可以进行轴承钢控轧、控冷试验和研究[1，2]。较多产品用于制作轴承钢滚珠或滚针。
2 生产设备和生产工艺
该轧制生产线全线共23架轧机，其中粗轧4架、中轧10架和预精轧4架，共18架，精轧为5架三辊式考克斯（KOCKS）轧机。全线共有5组控冷水箱，可实现300℃范围内的温降。
采用二火轴承钢控轧、控冷轧制工艺，成品轧制在该小棒轧制生产线进行控轧，可控制精轧温度800℃以上和800℃以下。
3 试验及分析
3.1 控轧控冷试验
3.1.1 试验对象
钢种：A（钢种代号，且选取同一炉的材料）；连铸时控制过热度不超过30℃；连铸坯规格为390mm×510mm，后将连铸坯开坯为200mm2中间坯。
鋼材的熔炼成分见下表1：
3.1.2 不同工艺试验结果对比
①普通轧制
不采用控轧控冷工艺，轧材规格为Φ35mm，开轧温度约1008℃，终轧温度大于890℃，取8支样品。
②控轧控冷，终轧温度约870℃
采用控轧控冷，轧材规格为Φ35mm，开轧温度约1008℃，终轧前穿水，控冷至870℃左右，轧后继续穿水冷却，上冷床时回温，钢材返红温度约760℃，取8支样品。
③控轧、控冷，终轧温度830℃
采用控轧控冷，轧材规格为Φ25mm，开轧温度约1008℃，控冷至840℃左右，轧后继续穿水冷却，上冷床时回温，钢材返红温度约740℃，取8支样品。
④控轧、控冷，终轧温度750℃
采用控轧控冷，轧材规格为Φ25mm，开轧温度约1008℃，控冷至780℃左右，轧后继续穿水冷却，上冷床时回温，钢材返红温度约690℃，取8支样品。
具体试验参数如表2所示。
3.1.3 网状碳化物结果
试样后续经球化退火热处理，之后作金相对碳化物网状评级，结果见下表3：
比较分析图1～图4，终轧温度为890℃时，碳化物呈明显完整的网状，且几乎充满整个观察视场；终轧温度降低为870℃时，碳化物网状明显改善，部分呈半网状态；终轧温度为830℃时，碳化物分布明显分散，视场内部分碳化物呈直线状；终轧温度继续降至780℃时，碳化物均匀分散，几乎不成网，网状碳化物≤2.5级[3，4]，能满足用户的要求。
3.2 退火工艺对比分析
3.2.1 试验对象
选取控轧控冷的材料进行球化退火，部分按原有工艺进行退火（试样标为Y1），部分则按设计工艺进行退火试验（试样标为Y2）。
3.2.2 试验工艺不同点
试验用退火炉，装炉量≤900kg/m，进钢速度由原先的3.9m/h升至4.3m/h，速度提高6%（原先工艺总在炉退火时间为1020分钟，试验工艺总时间为956分钟），具体退火曲线见下图5：
3.2.5 结果对比分析
本试验将球化退化时进钢速度提升了6%，由检验结果可知，球化组织改善不明显，基本在2.3～2.4级，中心部位则≥2.4级，带状组织、网状组织及硬度都符合要求，两者结果对比不明显。
由此可见：球化退火进钢速度提升6%，钢材性能满足标准要求，但球化退火总的时间减少64分钟，从而提高了生产效率，降低了能耗，具有重要的应用价值。
4 结论
①轧制时通过控轧控冷，能够明显改善轴承钢网状碳化物网状组织。
②为得到最佳的碳化物网状级别，终轧温度控制在780～830℃范围内，上冷床返红温度≤690℃，能得到相对最佳的网状级别。
③通过控轧控冷，可以将轧材可球化退火的时间缩短，降低能耗并提高生产效率。
【参考文献】
【1】赵明纯，单以银，曲锦波，等.控轧控冷工艺对X60管线钢组织及力学性能的影响[J].金属学报，2001（2）：4-8.
【2】黄礼胜，于良，方农.控轧控冷工艺在新型重载精轧机的应用[J].钢铁，2002，37（5）：16-18.
【3】李胜利，徐建忠，王国栋，等.大断面轴承钢控轧控冷工艺的模拟与分析[J].东北大学学报（自然科学版），2004（1）：1-6.
【4】吴成军. 轧后控制冷却在轴承钢生产中的应用[D].上海：上海大学，2006.
