轴承钢退火工艺对带状组织的影响

轴承钢退火工艺对带状组织的影响
在机械行业当中，轴承是一个非常重要的基础部件，其比较常见的用途大多用于滚珠和轴承套圈等等。

但是轴承在整个机械结构当中大多作为一个活动部位，所以经常会受到较多种类型的作用力，尤其是交变应力较多，这就需要其自身具有均匀的性能。

现在很多轴承材料上存在带状碳化物，其会直接给轴承自身的受力条件造成非常不利的影响，进而缩短其寿命，如果细小裂纹扩展，也会影响其整体寿命。

标签：轴承钢；退火工艺；碳化物带状组织
总结起来，轴承钢材料的淬火到回火工序上，组织状态如何会直接对其自身的寿命造成严重影响，而这道工序进行的好坏也和材料当中的碳化物分布情况和颗粒得到尺寸关系非常密切，如果碳化物原始组织比较均匀并且细小，性能则较好，可以更好地符合人们的日常使用需要，保证材料的耐久度和耐磨性。

一、轴承钢退火工艺简介
连铸轴承钢当中含有铬元素，属于过共析钢材料，所以在连铸和凝固的过程中，碳化物的产生是无法避免的，钢液凝固过程中所形成的结晶偏析就会最终化为带状碳化物，在轧制延伸之后，冷却过程中会再次析出大量剩余的碳化物，这样即可形成颜色不同的条带状碳化物，如果其偏析问题越来越严重。

淬火过热敏感性也在不断加强，同时高碳和低碳之间的显微硬度之间的差距也越来越明显，疲劳寿命也就有了相应的缩短，在使用过程中也由于其自身的受力均匀平衡被打破，给使用带来不便。

在这个过程中，需要我们注意的是轴承钢在退货之后，低级别的碳化合物仅仅可以在短距离内扩散，在这种情况下碳化物颗粒的尺寸会受到变化，带状的尺寸会变大，另外在低级别碳化物体的液析的过程中，经常会出现条带状的外形，所以反而会提高带状碳化物的级别。

本文针对轴承钢退火工艺进行了调整，在加热温度和保温条件相同的情况下，基于冷却速度的改变缩小了带状组织的级别，从而保证轴承加工质量符合相应的质量标准。

二、实验室试验方案、结果及分析
（一）试验方案
所有试样均在12A1799炉同一支钢材上切取，试样规格为20mm×15mm×10mm，在箱式电阻炉中进行加热、保温、降温热处理，在退火试验前和退火后分别对试样进行了带状检验。

试验采用了4组退火工艺进行对比，各组退火冷却工艺参数如表1所示。

试样带状检验结果如表2所示。

（三）结果分析
结合表2，我们不难看出，经由退火处理，带状组织级别明显提高，提高值
约为1.0，这足以说明，在退火时，带状碳化物并没有扩散，而由于碳化物的尺寸扩大导致了谈话带状物级别的升高。

采用软化退火工艺II后，其出炉温度和工艺I相比，温度大约偏低约100℃，但是二者之的带状组织均出现了约1.0等级的增加。

而采用了球化退火工艺后，其温度在800到710摄氏度的区间内用50℃每小时的速度来进行冷却，之后再采用25摄氏度每小时冷却的速度冷却1.2小时，之后退火，带状组织则增加了1.1个等级，如果在800到710摄氏度区间内匀速冷却3小时，之后再匀速冷却1.2小时到650摄氏度，则带状组织的级别增加值约为1.6。

由此可知，降低出炉温度后带状组织未得到改善，而在相同的退火温度。

保温时间和出炉温度条件下，采用不同的冷却速度，带状组织级别差距较大。

因为轴承钢贫溶质区与富溶质区的高温奥氏体化的钢冷却时，奥氏体转变为珠光体温度Ar1的差异是产生带状组织的前提条件，碳在贫溶质区产生珠光体之前的扩散距离是带状程度的决定因素。

随着冷却速度的增大，贫溶质区与富溶质区的Ar1温度差增大，但碳扩散的距离减小，Ar1温度差对带状组织的影响也减小，带状程度减轻。

三、工业性生产实践
（一）工业性生产试验验证
本钢采用“50t电炉冶炼→精炼（LF+VD）→方坯连铸（235mm×265mm）→800开坯→800/650棒材连轧机组”工艺流程生产轴承圆钢，钢材退火采用100t车底式退火炉，全程计算机自动控制。

为了验证试验结论，将退火工艺III和工艺IV 应用到生产实际中（除保温时间增至4h外，其他退火工艺参数按表1执行），每个退火工艺生产6炉，钢材带状组织检验结果如表3所示。

由表3可见，退火工艺IV12C2900炉带状组织达到4.0级，而退火工艺III 最高级别是12C2971炉（85mm）3.0级，满足标准要求。

且工艺III比工艺IV 带状级别平均低了0.5级；在800～710℃区间提高冷却速度，带状组织增加幅度相对较小。

（二）工业性生产工艺调整
根据实验室试验及工业试验结果，对轴承钢退火工艺做如下修订。

（1）用户要求软化退火的产品采用800℃保温3～5h，降温按30℃/h冷却至650℃出炉。

（2）用户要求轴承钢球化退火材，采用800℃保温3～5h，以（50±10）℃/h急降到710℃保温2～4h，再按25℃/h冷却至650℃出炉。

四、讨论
在轴承钢经过了退火处理之后，钢带状组织的级别显著提高，和退火处理之前相比，钢材带状组织级别提高超过1.0级；轴承钢材料经过实验室内的对比试验之后可以确定，退火过程中，对750℃附近區间内（本研究采用800-710℃）采用快速冷却，则可以降低带状组织级别，其降低值约为0.5或更高。

由于加速了冷却，缩短了冷却时间，从而有效控制钢材料当中的带状组织级别，而轴承材
料整体则可以满足于相应的硬度需要。

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