一种低脱碳层深度的GCr15轴承钢及制备方法与流程

本发明属于金属冶炼加工技术领域，尤其涉及一种低脱碳层深度的gcr15轴承钢及制备方法。

背景技术：

gcr15轴承钢是一种合金含量较少，性能良好且应用广泛的高碳铬轴承钢，主要用于制造滚动轴承的滚动体，滚动体质量直接影响轴承的使用寿命。轴承钢的表面质量、尺寸精度、脱碳层深度、碳化物均匀性都是必须要控制好的，其中，对于脱碳层深度和碳化物均匀性方面的控制是有难度的。gcr15轴承钢钢坯需要在加热炉中进行长时间的高温扩散，虽然能够使得温度均匀化，偏析元素均匀化，但是伴随着加热温度和加热时间的延长，最终会造成钢坯表面出现氧化和脱碳现象，使得轴承钢表层机械性能下降，达不到使用要求。采用控制加热时间和加热温度的方法能够对脱碳层进行一定量的控制，但是由于加热时间不足，可能会造成最终成品综合力学性能不好，因此，如何更加有效地控制gcr15轴承钢脱碳显得尤为重要。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种低脱碳层深度的gcr15轴承钢及制备方法，通过加热前在钢坯表面涂刷防护层，以及控制加热炉参数，可有效阻碍钢坯在高温热处理过程中与炉中氧化性气体发生反应而出现氧化皮和脱碳层，提高工件质量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种低脱碳层深度的gcr15轴承钢制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在钢坯表面涂刷防护层并等待其干燥；

步骤2：将涂覆有防护层的钢坯送入加热炉分段加热，并控制加热炉参数实现弱氧化性气氛加热，加热完成后出炉保温30min；

步骤3：将加热后的钢坯依次送入粗轧机组、中轧机组、精轧机组进行轧制；

步骤4：将轧制后的钢坯通过水冷箱快速冷却至600℃以下；

步骤5：将经过快速冷却的钢坯送入冷床保温罩内缓慢冷却至400～450℃；

步骤6：将经过缓慢冷却的钢坯空冷至室温，并对空冷后的钢坯表面进行砂轮研磨。

进一步地，所述防护层为高温防氧化涂料，涂料主要由凹凸棒土、al2o3、cr2o3、sic、na2sio3组成，各成分的比重分别为：2.21g/cm³、3.96g/cm³、5.20g/cm³、3.23g/cm³、1.42g/cm³。

进一步地，所述分段加热的温度分别为：预热段≤850℃，加热一段为1100～1150℃，加热二段为1210～1250℃，均热段为1190～1230℃，出炉温度为1150～1230℃。

进一步地，所述钢坯进入加热炉内各加热区段时，分别设定目标温度值实现加热炉的自动燃烧控制，目标温度值分别为：预热段800℃，加热一段1120℃，加热二段1230℃，均热段1210℃。

进一步地，所述控制加热炉参数的过程具体为：控制加热炉内残氧量为2％～5％，空气过剩系数为0.9～1.2，炉压为8～15pa。

进一步地，所述分段加热的加热时间≥4小时，加热二段和均热段总时间≥2小时。

进一步地，所述钢坯的终轧温度≥900℃。

进一步地，所述快速冷却的速率为10℃/s。

进一步地，所述缓慢冷却的速率为0.3℃/s，出保温罩温度为400～450℃。

进一步地，利用上述制备方法制得gcr15轴承钢。

本发明具有如下有益效果

与现有技术相比，本发明的制备过程中，进入加热炉之前，先在钢坯表面均匀涂刷两层高温防氧化涂料作为防护层，可有效阻碍轴承钢在加热炉内与氧化性气体发生反应，减少氧化皮和脱碳层的产生，同时还能降低钢的氧化烧损，采用以凹凸棒土为主体的涂料，涂料性能良好稳定，效果更好且易除去；钢坯送入加热炉加热后，通过对加热炉内的残氧量、空气过剩系数、炉压等参数进行控制，进一步实现对轴承钢脱碳层深度的有效控制，而且加热炉可以通过设置目标温度进行自动燃烧控制，使用方便；轧制后将钢坯快速冷却到600℃以下后进行缓慢冷却，此时钢坯的氧化比较缓慢，可有效防止碳的扩散，提高钢坯质量。本发明所提供的制备方法简单方便，省去了额外的退火、拔拉道次等工序，节省了成本；利用本发明所述方法制备出的gcr15轴承钢脱碳层深度低，且具有良好的综合力学性能。

附图说明

图1为本发明所述低脱碳层深度gcr15轴承钢制备方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述低脱碳层深度的gcr15轴承钢制备方法流程图如图1所示，其中，本发明采用的钢坯为规格220mm的gcr15连铸坯，具体过程如下：

步骤1：涂刷防护层，在钢坯表面均匀涂刷一层高温防氧化涂料作为防护层，均匀涂刷后等待涂料干燥，之后继续均匀涂刷第二层涂料，等待涂料干燥；本实施例中使用的涂料主要由凹凸棒土、al2o3、cr2o3、sic、na2sio3组成，各成分的比重分别为：2.21g/cm³、3.96g/cm³、5.20g/cm³、3.23g/cm³、1.42g/cm³；

步骤2：分段加热，将表面覆有涂料的钢坯送入加热炉分段加热，其中各加热区段的温度要求分别为：预热段≤850℃，加热一段为1100～1150℃，加热二段为1210～1250℃，均热段为1190～1230℃；出炉温度为1150～1230℃，加热完成后出炉保温30min；总加热时间≥4小时，其中，加热二段和均热段总时间≥2小时；在加热过程中，保持加热炉内残氧量为2％～5％，空气过剩系数为0.9～1.2，炉压为8～15pa，实现弱氧化性气氛加热；当钢坯进入加热炉内的各加热区段时，各加热区段分别按目标温度值进行设定，实现自动燃烧控制，各加热区段目标温度值分别为：预热段800℃，加热一段1120℃，加热二段1230℃，均热段1210℃；

步骤3：轧制，将加热后的钢坯进行高压水除磷，之后依次送入粗轧机组、中轧机组、精轧机组进行轧制，终轧温度≥900℃；

步骤4：快速冷却，将轧制后的钢坯通过水冷箱快速冷却至600℃以下，冷却速率为10℃/s；

步骤5：缓慢冷却，将经过快速冷却的钢坯送入冷床保温罩内缓慢冷却，冷却速率为0.3℃/s，出保温罩温度为400～450℃；

步骤6：空冷，将经过缓慢冷却的钢坯空冷至室温；

步骤7：砂轮研磨，对空冷后的钢坯表面进行砂轮研磨操作，去除钢坯表面防护层、表面少量氧化皮和脱碳层。

本实施例中所述的加热炉为高效步进梁氏加热炉；轧制机组采用平-立交替布置，且全部为连续无扭轧制，粗轧机组和中轧机组使用微张力轧制方式。

本发明所述的制备方法能够更加有效地控制gcr15轴承钢的脱碳层深度，同时保证最终成品具有良好的综合力学性能。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。