防氧化涂料降低轴承钢脱碳层深度的工艺探索

王旭冀，彭 超，朱建成，刘 庆

(湖南华菱湘钢，湖南 湘潭 411100)

GCr15盘条一般用于生产耐磨性能、强韧性能和抗疲劳性能要求较高的轴承滚针、滚柱、滚珠[1]，而脱碳层深度和形貌会对轴承的使用寿命造成一定的影响。湘钢在轴承钢上进行了防氧化脱碳涂层试验，分析了脱碳层深度，可以为脱碳的控制提供指导和依据。

1 试验准备

钢的脱碳是铸坯在高温下由于碳活度的增大和钢材内部与表面碳含量的差异引起碳元素从钢内部向表层扩散，从而引起钢的碳含量减少的现象。轴承钢对碳化物不均匀性要求较高，故钢坯在加热炉内的时间较长，这就使得轴承钢的氧化与脱碳问题更加突出。据相关研究[2，3]，防脱碳涂层降低脱碳的主要原理为减弱炉内气体对钢坯的影响。

选取15支已经修磨好的钢坯，端部分别标记为1～15#，使用高压气体将混合好的涂料均匀喷涂在钢坯表面，其中1～5#钢坯表面均匀喷上涂料A，6～10#钢坯表面均匀喷上涂料B，11～15#仅为正常修磨坯。

2 GCr15轴承钢的试生产

高线厂轧制Φ17mm规格GCr15，按端部编号1～15#钢坯依次入炉，炉内残氧量控制在2%～5%，高压水除鳞压力14MPa左右，出炉时钢坯经高压水除磷后的清除情况如图1，目测涂层清除较干净。

图1 出炉经高压水除磷后的钢坯

轧制前确认轧线轧辊、轧槽、滚动导卫、卫板、过管（桥）满足生产要求；轧制线无明显打火花的现象，红钢表面无肉眼可见的划伤；在线、离线酸洗盘条试样均未见耳子、划伤、折叠等其它轧制缺陷，尺寸满足国标C级。加热炉工艺及实际控制情况如下表1。

表1 加热工艺

3 结果与分析

3.1 脱碳层结构及深度

从1～15盘条上正常剪切头尾后选取若干个盘条样制成金相试样，经磨削抛光腐蚀后，观察显微照片如下图2。

图2 钢材脱碳层金相组织

从上图看出，涂料保护后可使钢样组织发生显著改变，脱碳层深度减少，经涂料A保护后脱碳层深度明显减少，涂料B与无涂料保护的盘条脱碳层明显，三种盘条均未发现全脱碳层深度，统计具体数据见表2。

图3 电镜氧化铁皮形貌及成分

表2 盘条的脱碳层深度mm

从表2中看出，涂料A盘条脱碳层深度在0.03～0.05mm，涂料B盘条脱碳层深度在0.07～0.09mm，正常盘条脱碳层深度在0.09～0.12mm，涂料A盘条的防脱碳效果最好。

3.2 电镜分析

将3.1节上的金相试样在电子显微镜下观察，对氧化铁皮进行成分分析，典型电镜照片及能谱分析如图3。

经能谱分析盘条表层物质成分为O、Mn、Fe，符合氧化铁皮成分，可知盘条基体上未附着残留的涂料成分。

4 结论

（1）涂料A对轴承钢坯具有良好的防氧化脱碳效果，深度在0.03～0.05mm之间。涂料B次之，脱碳深度在0.07～0.09mm，未涂的修磨坯脱碳深度在0.09～0.12mm之间。

（2）涂料在出炉轧制前经高压水除磷均去除干净，微观效果检测盘条表面未发现残留。