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GCr15轴承钢高温变形后控冷工艺的研究

赵宪明;孙艳坤;吴迪

【摘要】轴承钢棒材轧后温度较高导致的网状碳化物析出严重影响我国高质量轴

承钢生产.在热模拟试验机上对GCr15轴承钢进行了试验研究,分析了不同控冷工艺

参数对GCr15轴承钢二次碳化物的析出和珠光体转交的影响.研究表明,GCr15轴

承钢经980℃高温变形后快速冷却,随着冷却速度的增加,晶界处二次碳化物由半网

状分布、短棒状分布到最后弥散析出,珠光体球团直径和片层间距减小,并有退化珠

光体生成.轴承钢中退化珠光体组织的出现,是由于其热变形后快速冷却,抑制了先共

析碳化物在冷却过程中的过早析出造成的.较合理的冷却工艺是GCr15轴承钢高温

变形后快速冷却到700℃,再以3℃/s的冷却速度进行冷却.

【期刊名称】《材料科学与工艺》

【年(卷),期】2010(018)002

【总页数】5页(P216-220)

【关键词】GCr15轴承钢;热模拟;高温变形;控制冷却;二次碳化物

【作者】赵宪明;孙艳坤;吴迪

【作者单位】东北大学,轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,沈阳,110004;东北

大学,轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,沈阳,110004;东北大学,轧制技术及连

轧自动化国家重点实验室,沈阳,110004

【正文语种】中文

【中图分类】TG333.7

轴承在机械产品和工程结构中应用十分广泛，轴承钢组织中碳化物的尺寸、形态和

分布直接影响其接触疲劳强度和力学性能.GCr15轴承钢在轧后奥氏体状态下的冷

却过程中，有二次碳化物析出，并在奥氏体晶界形成网状碳化物.如何降低网状碳

化物级别，是热轧轴承钢急需解决的重大问题之一［1］.

钢材热变形后通过控制冷却可以改善其组织性能，细化奥氏体晶粒，抑制或延迟碳

化物在冷却过程中的过早析出［2］.近年来，在轴承钢生产领域，运用控轧控冷工

艺解决网状碳化物严重析出问题已经开展了大量的工作，并取得一定的成果.轴承

钢的轧后超快速冷却能够使碳化物微细、弥散析出［3］.GCr15滚动轴承钢原始

组织中碳化物的弥散均匀分布，直接提高其使用寿命.

本文以建立的CCT曲线为依据，对轴承钢热变形后不同冷却工艺进行模拟，分析

了高温变形后冷却速度对轴承钢组织的影响，以期抑制轴承钢网状碳化物的析出，

得到细小片层状珠光体组织.

试验所用材料为由GCr15轴承钢棒材经过线切割制成Φ8mm×15mm圆棒，化

学成分如表1所示.试验钢连续冷却转变曲线的测定和高温变形后快速冷却工艺模

拟分别在Gleeble1500热模拟试验机和东北大学国家重点实验室自主研发的

MMS-300多功能热力模拟试验机上进行，试样两端涂抹石墨粉以减少端部摩擦所

造成的鼓肚效应.

热模拟试验后将试样沿横向在靠近热电偶焊点处剖开，磨抛后采用4%硝酸酒精溶

液腐蚀制成金相试样，组织观察在LEICADMIRM多功能金相显微镜和FEI-

Quanta600扫描电镜上进行.对高温变形后不同冷速下的试样在1/2半径处进行

布氏硬度试验.为了准确分析采用不同冷却速度对二次碳化物析出的影响，对热变

形后不同冷却速度连续冷却到室温的试样进行淬-回火试验，经4%硝酸酒精溶液

深腐蚀，挑选网状碳化物最严重区域，按照GB/T18254-2002进行网状评级.

首先对GCr15钢进行CCT曲线的测定.将试样以10℃/s加热至奥氏体化温度

1100℃，保温300s后以10℃/s冷却至不同的变形温度，进行不同变形量单道次

压缩变形，然后分别以不同连续冷却速度0.5、1、2、3、4、5、8、10、20、40、

200℃/s冷却至室温.其中，变形温度(θ)和变形量(ε)分别为980℃和40%，变形速

率为5/s，试验工艺如图1(a)所示.然后对其高温变形后快速冷却工艺进行模拟试

验.将试样以10℃/s加热到1100℃，保温300s后以10℃/s冷却至980℃，在

980℃进行变形量为40%的压缩变形，再以10℃/s的冷却速度冷却到700℃后，

分别以不同冷却速度连续冷却到室温.具体试验工艺见图1(b).

图2(a)为GCr15轴承钢980℃在40%变形条件下的CCT曲线.其中A、C、P分别

代表奥氏体、