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基于电渣重熔GCr15轴承钢中碳化物控制的研究

杜刚  
【摘要】:碳化物对轴承材料性能有显著影响。GCr15轴承钢中的大尺寸一次碳化物的形成主要是由于钢液在凝固过程中元素偏析所造成的。随着对高品质轴承钢需求量的增加,在凝固过程中严格控制碳化物的偏析显得至关重要。与国外发达国家相比,我国高品质轴承钢在碳化物控制方面仍有很大的差距,而国内在碳化物控制方面的研究还比少,尤其是一次碳化物的控制。本文以电渣重熔+轧制工艺生产GCr15轴承钢为对象,研究电渣重熔和轧制过程碳化物控制技术,以达到为高品质轴承钢的研发和生产提供指导的目的。本论文的主要研究内容和结论如下:利用MeltFlow软件模拟研究了冷却强度对轴承钢金属熔池和凝固铸锭的温度分布,熔池液态率分布和凝固组织的影响。研究发现,GCr15轴承钢电渣重熔过程,随着结晶器冷却水冷却强度的增加,金属熔池温度整体降低,金属熔池液态率逐渐减少,熔池深度也逐渐变浅,凝固组织中枝晶间距减小,C元素的偏析程度减小。利用Thermo-Calc软件计算了 GCr15轴承钢凝固过程中的析出相组成和各相的析出规律。采用非水溶液电解法,结合SEM-EDS和XRD分析了 GCr 15轴承钢中碳化物的成分、类型、形貌和尺寸。结果表明,GCr15轴承钢的碳化物主要为富Fe的M3C型,加上少量的富Cr的M7C3型和M3C2型碳化物。钢液的固相率超过0.902时,共晶反应的发生将会引起一次碳化物M3C从钢液中析出。由于元素偏析,GCr15轴承钢中含有少量C和Cr的M3C型碳化物存在的温度范围显著增加。研究了电渣重熔过程二次冷却制度对GCr15轴承钢中元素偏析、凝固组织、晶界渗碳体和一次碳化物的影响。结果表明,电渣重熔工艺可以减少GCr15轴承钢凝固组织的偏析和一次碳化物。电渣重熔前后相比,碳化物类型没有发生变化,均为M3C、M3C2和M7C3型碳化物;一次碳化物的形貌由棱角状转变为圆滑的块状,一次碳化物的尺寸和一次碳化物中Cr的质量分数降低。随着电渣重熔二次冷却强度的增加,电渣锭的组织更加细化和均匀,一次碳化物尺寸逐渐减小。电渣重熔过程抑制GCr15轴承钢晶界渗碳体和一次碳化物的形成,有利于减少退火后大尺寸二次碳化物的析出。随着冷却强度的增加,柱状晶与电渣锭轴向的最大夹角呈减小趋势,从而有利于组织细化。轧制工艺参数对GCr15轴承钢组织和碳化物影响的研究结果表明,随着轧制温度的降低,冷却速度的增大,变形量的增大,GCr15轴承钢中网状碳化物的级别逐渐降低,提出了有利于降低碳化物析出和聚集程度的轧制工艺。与连铸坯轧制相比,电渣锭轧制后GCr15轴承钢中碳化物聚集程度减轻,大尺寸碳化物减少,片状的珠光体组织更加细化,同时网状碳化物也会细化。二次冷却强度大的电渣锭轧制后片状珠光体组织逐渐细化,网状碳化物级别降低。


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