GCr15轴承钢管快速球化退火工艺研究

任蜀焱 彭家国 黄 龙

（1.重庆科技学院，重庆 401331；2.浙江健力股份有限公司，诸暨 311800）

GCr15轴承钢管快速球化退火工艺研究

任蜀焱1彭家国2黄 龙1

（1.重庆科技学院，重庆 401331；2.浙江健力股份有限公司，诸暨 311800）

根据快速球化退火原理，从生产现场切取GCr15轴承钢管试样，按照不同的快速球化退火方案试验。观察其金相显微组织，测定退火组织硬度，获得最佳快速退火方案。球化时间缩短到7.2h，与传统球化退火工艺相比节约能源20%以上。

球化退火；GCr15；轴承钢管

GCr15轴承钢管主要用于制造各种滚动轴承的内外套圈。它将承受很大拉应力、压应力、剪切应力及摩擦力等交变负荷，必须具有高的疲劳强度、弹性极限、屈服强度和韧性，高的耐磨性能，高且均匀的硬度，一定的抗腐蚀能力。所以要求轴承钢管具有良好的球化退火组织，提高其机加工性能和使用性能。球化退火工序是GCr15轴承钢管生产工艺中最重要最关键的环节。但目前广泛采用的球化退火工艺都需要12～18h，导致生产效率低、能耗大。因此近年快速球化退火工艺成为研究的热点。

1 快速球化退火原理

按照金属学原理，实现碳化物快速球化的关键在于通过控制相变的热力学和动力学来改变奥氏体向珠光体转变的模式。从传统的片层状转变机制改变为“离异共析”的转变形式，“离异共析”的转变形式是将奥氏体直接转变成球状珠光体，转变时间会大大缩短［1］。离异共析的核心是碳化物依附于原有的碳化物颗粒非均匀形核形成球状的颗粒，铁素体通过碳的扩散向奥氏体基体生长形成等轴状晶粒。因此，实现离异共析转变的关键是在基体中保持足够的弥散的未溶碳化物粒子作为后续的非均匀形核的核心。为此，在加热过程中奥氏体转变完成之后必须在奥氏体基体上残留足够的未溶碳化物颗粒作为随后冷却过程中珠光体离异共析转变的核心［2］。

2 生产现场取样

某GCr15轴承钢管生产工艺流程是：圆管坯→中频感应加热→穿孔→打头→毛管雾冷→球化退火→650℃出炉，400℃左右爆水→酸洗→磷化→皂化→冷拔（冷轧）→中间去应力退火→冷拔（冷轧）→成品退火→精整→包装入库。上述工艺球化退火时间长达12～18h。

在不改变工艺流程的情况下，对热轧穿孔后的毛管进行取样。任意抽取一根穿孔后雾冷的毛管，其规格Φ41mm×4mm，距毛管端部200mm处，用砂轮锯分别截取长度为30mm的圆环试样九个，分别编号为K1，K2，…，K9。其主要化学成分（质量百分含量）分别为w(C)=0.99%，w(Mn)=0.30%，w(Si)=0.19%，w(Cr)=1.44%。

3 GCr15轴承钢管快速球化退火试验

根据快速球化退火原理及相关文献［3］，制订快速等温球化退火试验方案。分别将试样K1～K8放入KSX-6-12箱式热处理炉中加热60min，达到790～810℃；保温10～20min后随炉冷120min，冷却到720℃；保温 60～120min，最后炉冷 120min，至 650℃后出炉空冷。具体试验方案见表1。K9试样采用传统等温球化退火方案。用OPLYMPUS金相显微镜观察金相组织，见图1所示。用布氏硬度机测量退火试样的硬度，见表1所示。

表1 不同快速球化退化方案

4 试验结果与分析

图1（K1）、（K2）、（K3） 中，奥氏体化温度为790℃，保温时间为10min，由于奥氏体化温度较低，保温时间较短，因此单位面积碳化物颗粒数量多，但颗粒大小极不均匀，还存在一些短棒状细小的碳化物粒子。图1（K4）、（K5）、（K6）中，奥氏体化温度为790℃，保温时间为20min，虽然奥氏体化温度较低，保温时间增加，因此单位面积碳化物颗粒数量减少，颗粒大小较均匀，短棒状细小的碳化物粒子基本消除，但（K4）、（K5）还存在球化颗粒有较多棱角，分布也不均匀。（K6）碳化物颗粒圆正，分布较均匀。图1（K7）、（K8）中，奥氏体化时间为810℃，保温时间为10min，已经完全消除了未溶的细棒状的碳化物，碳化物颗粒大小较均匀。图1（K7）分布不均匀，（K8）分布较均匀。故图1（K6）和（K8）是比较良好的球化组织。

从上述退火组织可知，奥氏体温度较低，保温时间较长，或奥氏体温度较高，保温时间较短，均可获得一定数量的碳化物颗粒。所以，退火组织中碳化物颗粒的数量主要取决于奥氏体化的保温时间。同样，从金相组织可以看出，碳化物颗粒的分散均匀性取决于720℃的等温球化时间，时间越长，碳化物颗粒不但分布均匀，而且比较圆正，但硬度有所降低。

图1（K8）的快速球化退火组织和（K9）的传统球化退火组织相比，基本上没有多大区别，达到了较好的球化效果，碳化物细小，且分布均匀。退火组织在2～4级，硬度符合179～217HB的范围要求。

所以快速球化退火的最佳方案为加热60min，奥氏体化 810℃（或 790℃），保温 10min（或 20min）后，随炉冷却120min，达到 720℃，然后保温120min，最后炉冷 120min，至 650℃后，出炉空冷。总计需要430min，相比传统球化退火缩短50%左右的时间，大大提高了生产效率。

图1 球化退火组织金相图

5 结 论

在实际生产过程中，很难精确保证810℃（或790℃）奥氏体化温度和720℃的等温退火温度。加之，GCr15轴承管的尺寸规格、装料层数、炉膛温度分布等因素影响，所以很难控制到像试验条件下的温度环境，因此快速球化退火时间比实验所需的7.2h更长。但是，利用“离异共析”原理，可以大大缩短球化退火时间，使生产率提高20%左右。

[1]Zhu Guo-hui，Zheng Gang.Directly Spheroidizing During Hot Deformation in GCr15 Steels[J].Materials Science and Engineering,2008,2(1):72-75.

[2]Verhoeven J D,Gibson E D.The Divorced Eutectoid Transformation in Steel[J].Metall Mater Trans,1998,29A:1181-1189.

[3]汪东生，杨宵.GCr15钢的快速球化退火工艺[J].安徽工业大学学报，2009，26（3）：240-242.

On Fast Spheroidizing Annealing Technology for GCr15 Bearing Steel Tube

REN Shu-yan1PENG Jia-guo2HUANG Long1
(1.Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331；2.Zhejiang Jianli Co.Ltd.,Zhuji 311800)

With the fast spheroidizing annealing theory,the section samples of GCr15 bearing steel tube are got from the production field,and then the samples are tested according to different fast spheroidizing annealing plans.By observing the metallographic microstructure and measuring the annealing organization hardness,the best fast annealing plan is found.The spheroidizing annealing time is reduced to 7.2 hours and the energy can be saved by 20%compared with the traditional spheroidizing annealing technology.

the spheroidizing annealing；GCr15；bearing steel tube

TG156

A

1673-1980（2011）06-0121-03

2011-06-18

重庆科技学院横向科研项目（119-001）；重庆科技学院大学生科技创新项目

任蜀焱（1973-），男，四川南部人，硕士，讲师，研究方向为材料加工。