GCr15轴承钢文献综述
（2）大直径辊压下技术
与普通辊的轻压下技术相比，大直径辊压下技术可充分保证铸坯内部变形量，而且凝固界面的畸变也较小。当采用大直径辊压下时，以较小的压下量就能改善中心偏析。另外，由于在等轴晶区内压下，有助于减轻铸坯的内裂纹。
（3）连续锻压技术
连续锻压技术是利用装有异形锻头的锻压装置对液相穴端进行连续锻压，使凝固末端的固熔共存层压合在一起，可有效地使浓缩的钢液和破碎的晶粒向上移动，同时，大压下变形还可以防止铸坯内裂。 2.2.3 连铸工艺质量控制
连铸轴承钢生产中必须控制碳化物的分布、中心偏析和中心疏松，使生产的轴承具有均匀的显微组织，从而提高轴承的使用寿命。
中心偏析和中心疏松是轴承钢连铸坯容易产生的质量问题。一般认为，采用电磁搅拌、轻压下技术，以及控制浇铸过程工艺参数，如实行低过热度浇铸、保护浇铸、铸坯二冷强冷和采用中间包冶金技术，可以有效控制偏析和疏松。此外，研究还认为，轴承钢连铸时，一般要求采用大断面方坯连铸，使用截面至少为800mm2的大方坯，应尽可能做到面缩比不低于80：1，这样才有利于消除中心偏析和中心疏松。
虽然国内外对碳化物没有像控制夹杂物那样提出严格要求，但碳化物不均匀分布，同样对轴承的接触疲劳寿命产生不利影响。改善轴承钢碳化物分布不均匀性主要从两方面着手，一是减少钢锭或铸坯的碳偏析，严格控制浇铸温度和浇注速度，将过热度控制在10~15℃；二是加强钢锭或铸坯的高温均热扩散。
轴承钢连铸工艺技术一般有以下几个方面：
（1）钢水准备。通常要求钢中[T.O]≤10×10-6，[N]≤80×10-6，[H]≤3×10-6，Ti≤20×10-6，Mn/S≥30。
（2）温度控制。为了避免连铸坯中碳的严重偏析，要求采用低过热度浇注工艺。钢水过热度应控制在15~20℃范围内。
（3）全程保护浇注。应采用长水口接缝吹Ar工艺，控制浇注过程中钢水增[N]量<5×10-6。
（4）低拉速弱冷工艺。轴承钢拉速一般控制在0.6~0.8m/min间，视铸坯断
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面尺寸，适当调整拉速，二冷配水量通常为0.25~0.3L/kg钢。 2.3 轧制工艺
高碳铬轴承钢的含碳量较高，其钢种特性在轧制工序中有以下方面需要关注：
（1）由于钢的含碳量较高，钢锭浇注或钢坯连铸及冷却时容易产生碳和铬的偏析，所以开轧前应进行高温保温或扩散退火；
（2）钢的导热性差，在加热时要防止炸裂； （3）在加热过程中容易产生脱碳、过热和过烧现象；
（4）轧后缓慢冷却时有明显的网状碳化物析出，在终轧温度低于800℃时，易产生带状碳化物；
（5）热摩擦系数比碳素钢大，故在轧制中的宽度也较大。 2.3.1 加热工序
轴承钢钢坯在轧制成棒材之前再加热的目的，不仅仅在于提高塑性、降低变形抗力为轧制创造条件，而且要在再加热过程中进一步降低钢中树枝状偏析的程度，从而进一步改善碳化物不均匀性。因此钢坯加热也是一道关键的工序。钢坯加热时要防止过热、过烧和表面脱碳。 2.3.1.1 钢坯加热速度和加热温度
由于此钢种的导热性较差，在开坯或成材的轧前加热时速度不宜过快，钢坯入炉时的炉尾温度不宜过高，应小于700℃。高碳钢的加热温度区间比较窄，通常在1150～1200℃之间。温度过低时变形抗力较大，而温度过高则会出现过热和过烧缺陷。轴承钢的过烧温度约为1220℃，一般的加热温度在1100～1180℃之间为宜。
轴承钢钢锭经过开坯之后塑性提高，导热性改善，初轧坯或小方坯再加热时不会因组织应力、热应力导致内裂。在锻（轧）加热炉中，装炉温度和升温速度都可以不受限制。连铸坯是铸态组织，加热要谨慎。冷却不当或加热时装炉温度太高、升温太快都会像加热冷钢锭一样产生内裂或穿孔。连铸坯最好是热装加热。钢锭经过加热-扩散退火之后轧成的钢坯，钢中树枝状偏析程度有所降低，钢坯产生轴心过烧的危险性要比钢锭小得多，所以钢坯的允许加热温度可以高一些。 2.3.1.2 钢坯加热过程中的扩散退火作用
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钢坯加热过程中不仅和钢锭加热一样有扩散退火的作用，而且由于钢锭轧成钢坯之后偏析带之间的距离被压拢，扩散距离缩短，扩散作用会更迅速、有效。大冶特钢厂曾经用同一熔炼炉号的钢锭经同一工艺制度生产出来的180mm方坯在500mm中型轧机上作对比试验。钢坯分两批，用不同的加热制度加热后轧制成110mm圆钢，钢材球化退火后在同一部位（即同“段号”）取试样检验碳化物带状组织。试验结果表明：3t钢锭经高温长时间保温的扩散退火之后，在钢坯加热过程中，采用高温长时间加热工艺制度生产的钢材，比低温加热制度生产的钢材，碳化物带状平均级别降低了0.3级别，见表2-6。
表2-6 轴承钢加热制度带状碳化物级别的影响
总加热时间工艺特点 /h:min 低温加热 高温长时间加热 3:32 6:46 1:02 3:03 1140 1220 8 8 2.80 2.50 均热时间/ h:min 出钢温度/℃ 试样片数 平均级别 180mm钢坯均热制度 Φ110退火材带状组织
2.3.1.3 加热过程中的表面脱碳
轴承钢在加热过程中的脱碳倾向很大。GCr15在热加工过程中的脱碳层厚度可达0.3～0.8mm，对轴承制品的表面硬度和强度有很大的影响。
首先脱碳层的含碳量低于正常基体的含碳量，制造轴承零件时要把它去除，既浪费金属又增加机械加工费。其次，由于加热及轧制变形的不均匀性，钢材表面的脱碳层总是不均匀的，会引起表面层组织、硬度、加工性能不均匀，给现代轴承行业中广泛采用的自动、半自动机床加工带来很多麻烦。还有，如果钢材表面的脱碳层没有清除干净而带到轴承元件上，会降低元件的工作性能。因此在技术标准中对高碳轴承钢钢材表面的脱碳层深度有严格的限制。
加热工序中对脱碳的影响因素有很多，包括燃料条件、加热设备、炉气成分以及钢的化学成分等，但是影响最大的还是加热温度和加热时间两个因素。图2-4为不同保温温度和保温时间对钢材脱碳层的影响。
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2.01.81.61.41.21.00.80.60.40.20.08002.0T121.81.6T12可见脱碳层厚度/mm可见脱碳层厚度/mm1.41.21.00.80.60.40.20.060Si2MnGCr159SiCr60Si2MnGCr159SiCr9001000110012001300020406080100120140160温度/℃保温时间/min
（a）保温温度对钢材脱碳层的影响 （b）保温时间对钢材脱碳层的影响
图2-4 保温温度和时间对钢材脱碳层的影响
2.3.1.4 钢坯的加热制度
高碳铬轴承钢钢坯加热制度要满足下列要求：（1）加热温度的上限要保证钢坯不过烧，通常不得超过1240℃；下限要保证轧制顺畅，通常要高于900℃ 。在出钢时，沿钢坯的长度和断面的温度差要尽量小，力求均匀。（2）为减少表面脱碳，要求钢坯加热温度尽量低，加热时间尽量短；但是为了降低碳化物偏析程度却要求钢坯加热温度要高一点，在高温的停留时间长一点。
减少脱碳与消除偏析对钢坯的加热制度提出了互相矛盾的要求。为了克服这个矛盾，通常是在钢锭加热时进行充分的扩散退火，减少碳化物偏析；而在钢坯加热过程中侧重于防止脱碳。
钢锭在高温下长时间保温同样也会产生脱碳层，但由钢锭到钢材的延伸系数一般都很大，钢锭表面的脱碳层轧成钢材之后会被辗轧得很薄，对钢材表面脱碳层厚度影响甚微。而由钢坯到钢材的延伸系数小，钢坯表面的脱碳层厚度对钢材的影响比较大，所以钢坯的加热要谨慎，要注意防止脱碳。为了减少脱碳层厚度，在加热过程中要尽量采用较低的加热温度和较短的加热时间，在高温区应避免长时间的加热，炉内的气氛要控制在还原性气氛中。降低钢坯的加热温度不仅可以减少脱碳层厚度，而且由于加热温度降低的结果，钢材的终轧温度也会相应地降低，这对于降低碳化物网状的级别也是有益的。 2.3.2 轴承钢热轧的组织变化
2.3.2.1不同轧制条件下GCr15变形奥氏体的再结晶规律
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将GCr15轴承钢加热到1100~1250℃在奥氏体单相区热轧时其变形奥氏体的再结晶数量、奥氏体晶粒的平均弦长与轧制工艺参数的关系如图2-5所示。
120140奥氏体再结晶数量/0950℃900℃/m奥氏体晶粒平均弦长μ800℃850℃900℃950℃1208010060850℃800℃80406020400010203040502001020304050变形量/%变形量/%
（a）变形奥氏体再结晶数量与形变量的关系（b）奥氏体平均尺寸与形变量的关系
图2-5 GCr15变形奥氏体再结晶数量和平均尺寸与形变量的关系
从图2-5中看出，当轧制温度一定时，随着道次变形量的增大，轧后奥氏体的再结晶百分数增多，而奥氏体晶粒平均弦长减小。由于变形量加大，使变形奥氏体晶粒拉长，奥氏体晶界面积增多，畸变能加大，奥氏体再结晶形核部位增多，形核速度加快，促使变形奥氏体再结晶数量增多，晶粒尺寸减小。特别是在轧制温度提高时，奥氏体再结晶速度加快，再结晶数量增多，晶粒细化。
奥氏体晶粒细化有利于碳化物析出地点增多，分散，对改善网状碳化物是有利的。根据这一原理，在较高温度下加大变形量对细化奥氏体晶粒、均匀组织是有利的。轧后停留时间加长，或在高温轧后采用空冷，则奥氏体晶粒开始长大，网状碳化物析出聚集，网状碳化物级别提高，这是不利的。因而轧后应当采取快速冷却到某一温度，以防止奥氏体晶粒长大和碳化物析出。
GCr15轴承钢热轧后奥氏体发生再结晶的临界变形量受加热温度、轧制温度和轧后停留时间等因素的影响。当加热温度一定时，轧后的变形奥氏体再结晶区域图如图2-6所示。
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