GCr15轴承钢添加Cu的试验

总第161期2007年第5期

河北冶金

HEB EI M ETALLUR GY

Total161

2007,N umber5 GC r15轴承钢添加Cu的试验

吕永年1,梁立军2

(11石家庄钢铁公司　技术中心,河北　石家庄　050031;21石家庄钢铁公司　销售部,河北　石家庄　050031)

摘要:为提高石钢转炉冶炼的GC r15轴承钢耐大气腐蚀和耐酸腐蚀性能,进行了转炉冶炼轴承钢添加Cu元素试验,取得了良好效果。

关键词:轴承钢;Cu;试验

中图分类号:TG142145 文献标识码:A文章编号:1006-5008(2007)05-0013-03

TEST T O ADD C u I N GC r13B EAR I N G STEE L

LU Yong-n ian1,L I A N G L i-jun2

(1.T echnique Center,Shijiazhuang Iron and S teel Co m pany,S hijiazhuang,H ebe i,050031;2.M arke tD e2 pa rt m ent,S hijiazhuang Iron and S t ee l C o mpany,Shijiazhuang,H ebe i,050031)

A bstrac t:To i m p rove t he abrasi on resistance of GC r15bea ring steel to a ir and ac id,the test to add Cu in conve rte r-s m e lted bearing steel conducted and good result got.

Key W ords:bea ring steel;C u;test

1　前言

由于滚动轴承材料的高碳铬轴承钢GC r15具有高的抗疲劳性能、高的延展性能、良好的耐磨性,合适的弹性和韧性,有一定的防锈能力,以及良好的冷热加工性能、热处理方法简单、合金元素含量不高、价格便宜等一系列优点,广泛应用于制造各种轴承套圈、钢球、圆锥滚动体和滚针等,还可用于制造模具、精密量具以及其他要求高耐磨性、高弹性极限和高接触疲劳强度的机械零件。

石钢的G C r15轴承钢主要用作穿管、轴承外套以及轴承滚珠等,市场容量较大。2006年随着石钢向中端轴承钢市场的进入和轴承钢产量的大幅增加,一些质量问题也逐渐暴露出来,浙江福达钢管厂等多家用户提出石钢轴承钢在酸洗过程中存在氧化铁皮不易脱落及钢不耐酸的情况。经分析存在问题的钢材均为转炉冶炼,其中残余元素C u含量与电炉材相比明显偏低,由于C u元素对增加钢材的耐大气腐蚀和耐酸腐蚀性能非常有效,因此进行

收稿日期:2007-07-13

4　结论

(1)用膨胀法结合金相法,测定实验钢的动态CCT曲线,为该钢种在实际生产中控轧控冷工艺的制定提供了可靠的依据。

(2)随冷却速度提高,试验钢相变温度降低,组织细化,铁素体的形貌从多边形逐渐向针状转变。

(3)随冷却速度增加,第二相析出物增多且变得细小。

参考文献:

[]刘战英,那顺桑,戴铁军,等1微合金元素V对3M S钢热

变形行为的研究[J]1河北理工学院学报,2002,24(4): 38-431

[2]N aoki N,M atthias M1M odelling of m icrost ructure evo l u ti on du r2

ing ho t rolling of a780M p a high strength steel1I S I J International, 2005,45(1):82-901

[3]Carcia-M at eo C,B hadesh i a H K D H1Nucleation Theory for

H igh-carbon B aini t e[J]1M aterial s S cience and Eng i neering

A,2004,25(7):289-2921

[4]田村今男,等著,王国栋,刘振宇,熊尚武译1高强度低合

金钢的控制轧制与控制冷却[M]1北京:冶金工业出版社, 1

3

10n i

1992

1

总第161期 HEB EI YEJ I N

了转炉轴承钢添加C u 元素试验。

2　试验内容

用取自转炉生产的4炉添加C u (其中2炉目标成分C u 为0107%,另2炉目标成分C u 为0111%;考虑成本因素,不宜添加过多的C u 元素)的150mm ×150mm 连铸坯在二轧轧制成Φ45mm 规格的圆钢试样,以及没有添加Cu 的2炉同一浇次钢材试样,进行对比试验来验证GC r 15钢中加入Cu 抗腐蚀合金元素对钢材耐腐蚀能力的影响(表1)。

表1　G Cr15添加Cu 试验样品的化学成分

%

样品编号

C S i M n P S C r Cu Cu 目标

含量

1# 1.030.250.310.0110.005 1.520.050.072# 1.010.220.300.0070.005 1.540.060.073# 1.030.230.320.0090.006 1.560.060.104# 1.000.240.320.0070.004 1.490.100.11

5#0.990.210.330.0140.003 1.470.02—

6#

1.02

0.20

0.33

0.009

0.006

1.53

0.02

—

3　试验结果及分析

311　低倍

在每支试样上分别取低倍片1支,分别酸洗10m in 、20m in 、40m in 后对比疏松、偏析情况,以确定加C u 的影响(图1～3)。分析图1～3可以看出,添加Cu 的1#～4#低倍试样的疏松情况要优于未添加C u 的5#、6#低倍试样,而添加Cu 的4个试样中以Cu 含量最高的4#试样疏松程度最轻。钢材各部分晶粒大小并不是完全一致的,有些局部晶粒较细,有利于C r 的扩散,细晶组织容易造成

C r 沿晶界析出来,形成扩散通道。添加C u 后,在

轧后冷却过程中Cu 在晶界析出,阻碍C r 的析出

扩散,能使组织与成分进一步均匀化,在宏观上表现为低倍试样比较耐酸腐蚀。

图　不同含量试样酸洗后的低倍组织

图2　不同Cu 含量试样酸洗20m in 后的低倍组织

图3　不同Cu 含量试样酸洗40m in 后的低倍组织

312　氧化铁皮成分

在上述低倍试样上取添加C u 的4#和不添加Cu 的6#高倍试样各1个,在电阻炉中同时加热到1100℃,保温2h,分别取断面经平整后的4#和6#试样上的氧化铁皮各1块,经扫描电镜和I N CA 能谱仪分析,观察氧化铁皮组成情况。观察发现氧化铁皮形貌呈3层结构,各层组成见表2。由表2可知,只有靠近基体的氧化皮内层含有C r 元素,含Cu 量较高的4#试样内层C r 含量明显低于未加添Cu 的6#试样内层C r 含量。

钢的大气腐蚀使钢材表面上产生蚀孔,蚀孔上部锈层(即氧化皮内层)中含有C r ,S i 等元素。一般认为,这锈层是蚀孔内受腐蚀而溶解出来的铁离子向蚀孔外扩散,并以尘埃为核心一起沉淀的物质。Cu 含量较高的4#试样表面凹坑(即蚀孔)数量、大小均少于和小于不添加C u 的6#试样表面凹坑的数量和大小,而且内层氧化铁皮中含量也相差倍,进一步验证了添加的元素有利于阻

1Cu 10m in C r 1Cu 4

1

河北冶金 2007年第5期

碍C r 元素等的析出扩散,从而使钢材表面经酸洗除锈处理后仍能保证一定的光洁度,为下一步的穿

管工序减少表面质量缺陷打下了良好基础。

表2　4#、6#试样的氧化铁皮成分比较

%

试样

编号

外 层

O 重量Fe 重量O 原子F e 原子中 层

O 重量Fe 重量O 原子Fe 原子内 层

O 重量F e 重量S i 重量C r 重量O 原子Fe 原子S i 原子C r 原子4#231517614951176481242213777163501154918519169631761175141845125411992129101476#

21116

78184

48137

51163

24156

75144

53119

46181

16177

53121

0182

2912

40145

36176

1113

21167

313　高倍组织

通过光学显微镜放大500倍观察,4#和6#试

样的高倍组织均为粒状珠光体和少量片状珠光体

(图4),晶界析出物数量无明显差别,添加Cu 对

轴承钢基本组织没有明显的影响。

图4　不同Cu 含量试样的金相组织

4　用户使用情况

从用户使用的反馈情况来看,添加C u 的炉次

GC r 15钢耐酸情况得到明显改善,证明在GC r 15钢中加入残余元素C u 是有效的。

如图5所示,穿管后的半成品在酸洗后的放置过程中仍会继续产生锈层,但添加Cu 元素后的批次生锈速度减缓,锈层变薄。

钢材在大气暴露初期锈层堆积量很快,此后大部分已腐蚀的铁离子就不再沉积而流失了。所以溶解出的铁离子在金属表面经腐蚀形成的蚀孔内析出

的量是很少的。但是,溶度积小的C r 与C u 的氢氧化物之类,在蚀孔内的裂纹与空洞周围沉析的可能性就大。Cu (O H )2,C r (O H )2的溶解度积在常温下只是Fe (O H )2溶度积的1/1000以下,这些物质的沉析是产生在含有水分的裂纹空洞或其周围的锈层内,所以借助上述这些物质的沉析,将使含有水分的空隙逐渐被填补。钢材不含有C u 等耐腐蚀合金元素时,缺陷部位难以修补,其腐蚀速度就会比添加C u 等合金元素钢材的腐蚀速度快。

图5　G C r15钢酸洗后放置过程中的锈蚀情况

5　结论

(1)Cu 元素阻碍C r 的析出扩散,能使GC r 15轴承钢的组织与成分进一步均匀化。

()石钢转炉生产的轴承钢G 5中添加元素能显著增加钢材的耐大气腐蚀和耐酸腐蚀性能,对于添加效果和节约成本的双重考虑,建议

GC r 轴承钢成品C u 含量应控制在合理范围。

5

2C r 1Cu

1