防氧化涂料降低軸承鋼脫碳層深度的工藝探索

王旭冀，彭 超，朱建成，劉 慶

(湖南華菱湘鋼，湖南 湘潭 411100)

GCr15盤(pán)條一般用于生產(chǎn)耐磨性能、強(qiáng)韌性能和抗疲勞性能要求較高的軸承滾針、滾柱、滾珠[1]，而脫碳層深度和形貌會(huì)對(duì)軸承的使用壽命造成一定的影響。湘鋼在軸承鋼上進(jìn)行了防氧化脫碳涂層試驗(yàn)，分析了脫碳層深度，可以為脫碳的控制提供指導(dǎo)和依據(jù)。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

鋼的脫碳是鑄坯在高溫下由于碳活度的增大和鋼材內(nèi)部與表面碳含量的差異引起碳元素從鋼內(nèi)部向表層擴(kuò)散，從而引起鋼的碳含量減少的現(xiàn)象。軸承鋼對(duì)碳化物不均勻性要求較高，故鋼坯在加熱爐內(nèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，這就使得軸承鋼的氧化與脫碳問(wèn)題更加突出。據(jù)相關(guān)研究[2，3]，防脫碳涂層降低脫碳的主要原理為減弱爐內(nèi)氣體對(duì)鋼坯的影響。

選取15支已經(jīng)修磨好的鋼坯，端部分別標(biāo)記為1～15#，使用高壓氣體將混合好的涂料均勻噴涂在鋼坯表面，其中1～5#鋼坯表面均勻噴上涂料A，6～10#鋼坯表面均勻噴上涂料B，11～15#僅為正常修磨坯。

2 GCr15軸承鋼的試生產(chǎn)

高線廠軋制Φ17mm規(guī)格GCr15，按端部編號(hào)1～15#鋼坯依次入爐，爐內(nèi)殘氧量控制在2%～5%，高壓水除鱗壓力14MPa左右，出爐時(shí)鋼坯經(jīng)高壓水除磷后的清除情況如圖1，目測(cè)涂層清除較干凈。

圖1 出爐經(jīng)高壓水除磷后的鋼坯

軋制前確認(rèn)軋線軋輥、軋槽、滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)、衛(wèi)板、過(guò)管（橋）滿(mǎn)足生產(chǎn)要求；軋制線無(wú)明顯打火花的現(xiàn)象，紅鋼表面無(wú)肉眼可見(jiàn)的劃傷；在線、離線酸洗盤(pán)條試樣均未見(jiàn)耳子、劃傷、折疊等其它軋制缺陷，尺寸滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)C級(jí)。加熱爐工藝及實(shí)際控制情況如下表1。

表1 加熱工藝

3 結(jié)果與分析

3.1 脫碳層結(jié)構(gòu)及深度

從1～15盤(pán)條上正常剪切頭尾后選取若干個(gè)盤(pán)條樣制成金相試樣，經(jīng)磨削拋光腐蝕后，觀察顯微照片如下圖2。

圖2 鋼材脫碳層金相組織

從上圖看出，涂料保護(hù)后可使鋼樣組織發(fā)生顯著改變，脫碳層深度減少，經(jīng)涂料A保護(hù)后脫碳層深度明顯減少，涂料B與無(wú)涂料保護(hù)的盤(pán)條脫碳層明顯，三種盤(pán)條均未發(fā)現(xiàn)全脫碳層深度，統(tǒng)計(jì)具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖3 電鏡氧化鐵皮形貌及成分

表2 盤(pán)條的脫碳層深度mm

從表2中看出，涂料A盤(pán)條脫碳層深度在0.03～0.05mm，涂料B盤(pán)條脫碳層深度在0.07～0.09mm，正常盤(pán)條脫碳層深度在0.09～0.12mm，涂料A盤(pán)條的防脫碳效果最好。

3.2 電鏡分析

將3.1節(jié)上的金相試樣在電子顯微鏡下觀察，對(duì)氧化鐵皮進(jìn)行成分分析，典型電鏡照片及能譜分析如圖3。

經(jīng)能譜分析盤(pán)條表層物質(zhì)成分為O、Mn、Fe，符合氧化鐵皮成分，可知盤(pán)條基體上未附著殘留的涂料成分。

4 結(jié)論

（1）涂料A對(duì)軸承鋼坯具有良好的防氧化脫碳效果，深度在0.03～0.05mm之間。涂料B次之，脫碳深度在0.07～0.09mm，未涂的修磨坯脫碳深度在0.09～0.12mm之間。

（2）涂料在出爐軋制前經(jīng)高壓水除磷均去除干凈，微觀效果檢測(cè)盤(pán)條表面未發(fā)現(xiàn)殘留。