轴承钢管的热加工生产工艺

2013-08-28新兴铸管股份有限公司河北邯郸056300王锦永李仲华田春雷

金属加工(热加工) 2013年1期

新兴铸管股份有限公司（河北邯郸 056300）王锦永王磊李仲华田春雷

轴承钢管一般采用实心圆棒锻坯或轧坯，加热到1160～1180℃，经穿孔生产为热轧管；或者热轧管球化退火后，再经冷轧、冷拔工艺生产出规格较小且精度更高的冷轧、冷拔管。

我公司采用离心浇注工艺生产出空心的管坯，然后内外壁加工适当尺寸后，装入环形炉加热到一定温度，通过斜轧穿孔机，加工出相应规格的毛管，再通过斜轧轧管机，对毛管的外径、壁厚、螺旋道进行均整，最后通过微张力定径机减小荒管外径，生产出要求规格的成品管。一般热轧的成品管规格都较大，若要生产规格较小的钢管，则可通过对球化退火态的热轧管进行冷轧、冷拔加工，扩大产品规格。我厂采用离心浇注方式制备出空心GCr15管坯，然后通过斜轧工艺，成功试验出了合格的轴承无缝钢管。

图1 离心浇注

1.离心坯的制备

离心铸造流程为合金熔炼→管模加热→涂料管模→上挡板→钢液浇注→管模冷却→拆挡板→拔管→清渣→加工。

离心坯料的制备过程及要点：①起动离心机，使管模旋转运动。②用火焰从外壁加热管模，预热至200～260℃。③在管模内表面喷涂液态涂料，涂料厚度1.8～2.2mm。④继续对管模加热，促使涂料中的水分完全蒸发。⑤用挡板将管模两端堵住，形成封闭的环形型腔。⑥提高管模的旋转速度至750～800r/min。⑦将氩气吹入管模，清除里面存在的空气，减小氧化、气孔倾向。⑧浇注合金液，浇注温度1530～1560℃，且在整个浇注过程中，保证型腔内时刻充满保护气体。⑨浇注完成后，待钢液均匀铺开，打开冷却水装置，促使钢液快速凝固，形成离心坯，离心浇注过程如图1所示。

钢液全部凝固后停止冷却，并关闭离心装置。将管模两端的挡板打开，将管坯从管模内推出，去除管坯内表面的渣层，球化退火后，对管坯内外表面进行加工，以去除内外表面的铸造缺陷，制备成轧制所需管坯。

2.斜轧工艺

空心坯比实心坯容易加热均匀，因此应缩短加热时间，降低加热温度。加热时间系数为0.4～0.6min/mm，加热温度为1130～1160℃，若温度过高、加热时间过长，则容易导致晶粒粗大、氧化和脱碳。

实心铸造坯在斜轧穿孔时，毛管内表面金属变形剧烈，若其内部组织不好，则容易产生裂纹、内折等缺陷。采用锻坯、轧坯可以改善铸坯内部组织，提高塑性，消除穿孔时内表面的缺陷，但是无疑增大了生产成本。采用离心浇注工艺生产出的空心管坯，虽然塑性不及锻坯优良，但内部组织致密，性能超过一般的空心铸造管坯，可根据离心铸造空心坯的特点，设定适当的工艺方案进行生产。

变形方案采用两次穿轧定径流程，第一次穿轧定径采用较小的变形比，用于改善离心坯铸态组织，提高塑性。第二次穿轧定径采用大的变形比，用于生产出合格的成品管。

空心坯穿孔时不存在二次咬入的阻力，合适的压下量不易发生前卡现象。顶头位置可以取大些，顶头前压下率在5%左右，减小一次咬入到坯料接触顶头的距离。同时，采用1.06～1.08mm小椭圆度，12°送进角，减少管坯在变形区的旋转次数，限制金属的横向宽展，降低管坯中心区的横向拉应力，增大轴向延伸，使毛管承受的交变应力大大减小，并且采用较小的轧制速度，一般为0.2～0.3m/s，保证金属在孔型内流动的均匀性，杜绝了毛管内壁产生裂纹、内折缺陷。

生产过程中，必须确保工模具的表面质量，随时检查，加强润滑，确保钢管表面不会因工模具粘钢或凸起导致管子表面划伤、凹坑等缺陷。定径机前开高压水除鳞，压力为14～15MPa，消除外壁的氧化皮、麻点。定径机各机架变形量分配要均匀，起始机架减径率要小些，工作机架减径率最大，均整机架减径率从最大值逐渐变小。各机架间的张力系数也要合理分配，伴随机架减径量特点，从小变大，再从最大变最小，与机架减径率变形节奏类似，确保金属轴向流动和横向流动的均匀稳定，预防壁厚不均。

采用小的变形比，离心铸造坯料经过第一次穿、轧、定后，原始组织状态得到改善，晶粒破碎，组织致密性提高，穿轧塑性得到大大改善，随后进行第二次穿轧定径工序。

3.热轧正火态的组织及硬度

GCr15无缝钢管的终轧温度为790～840℃。轧制冷却过程中，二次渗碳体沿着奥氏体晶界首先析出，碳化物呈细小弥散分布的网状，随后奥氏体转变为渗碳体和铁素体片层相间的细小珠光体。

终轧温度越低，网状碳化物被打碎，变形的奥氏体晶粒来不及再结晶，晶粒越细小，碳化物分布越弥散细小，轧后空冷组织为细小的珠光体+渗碳体+细小网状碳化物，热轧空冷态的组织如图2所示。组织决定性能，细小的珠光体导致热轧空冷态轴承钢具有较高的硬度，较大的脆性，矫直时管子产生脆性断裂，硬度值如表1所示，管子矫直断裂照片如图3所示。

表1 热轧态钢管硬度（HRC）

图3 GCr15无缝钢管热轧态的矫直裂纹

4.球化退火工艺及球化后的组织、性能

（1）球化退火工艺及组织轴承钢的球化退火冷却采用两种方式：一类是保温后随炉连续冷却，冷却速度30～35℃/h，冷却到500～600℃，出炉空冷；另一类是保温后快速冷却到720℃左右，再保温2～4h，炉冷到500～600℃，出炉空冷。

本次试验采用第一种冷却方式，球化退火工艺：加热到790～810℃，保温4～5h，然后关闭炉子，随炉冷却到500℃左右，出炉空冷。球化后的显微组织如图4所示。

图4 GCr15无缝钢管球化退火后的组织

图2 GCr15无缝钢管热轧态的组织

（2）弯曲、压扁性能由图4可以看出，球形碳化物均匀分布在铁素体基体上，球化效果良好，为验证球化后的性能，从球化退火态的管子上进行取样检测，取全壁厚、宽25mm、长150mm样条，置于压力试验机上，内壁受压，弯曲角度为90°。弯曲后，没有出现裂纹，取65mm长的管环进行压扁试验，压扁后，样环没有出现裂纹。

（3）球化后硬度对球化后的管子进行取测量其布氏硬度，结果如表2所示。

可以看出，均匀的球化组织大幅降低了硬度，有利于切削加工，提高管子的塑性，有利于成品管的热处理，淬火时不易造成过热现象，利于保证成品管性能的一致性，为淬火组织做准备。