我国某些特钢厂生产的GCr15轴承钢热轧盘条在热酸中进行检测(国标GB/T 18254-2002),其整个横截面的低倍组织上会出现大量尺寸>20 gm的孔洞,出现大量孔洞的热轧盘条的加工性能变差且抗疲劳寿命严重缩短。本文通过对GCrl 5轴承钢连铸坯、全流程过程样及热轧盘条的合金元素分布及腐蚀形貌进行研究,得出强酸环境下低倍检验孔洞的形成机理并提出控制措施,为进一步提升我国轴承钢质量提供理论依据及生产指导,主要得出以下结论：通过观察轴承钢连铸坯的凝固组织,发现铸坯的中心等轴晶区面积百分比约为16.8%;铸坯冷却过程的对称面冷却强度控制的并不能完全相同,导致铸坯的凝固结构不是完全对称的,其凝固中心会偏离几何中心；结晶器电磁搅拌产生的电磁场诱导钢液在结晶器内产生旋转运动从而导致铸坯在凝固过程中的柱状晶生长方向偏离原生长方向,柱状晶偏转角在铸坯中间位置达到最大值,在角部位置具有最小值；钢液流速在0.35-0.40 m/s之间变化时,铸坯的柱状晶偏转角在18～23°之间变化,当钢液速度进一步增大时,柱状晶偏转角不再增大。通过建立结晶器电磁搅拌的数学模型构建各参数与凝固组织特征参数的关系,连铸坯中心等轴晶区随着搅拌强度的增强而增大达到最大值后保持不变,两者之间呈指数关系;一次枝晶间距随着搅拌强度的增强先增大后减小,两者之间呈抛物线关系；二次枝晶间距随着搅拌强度的增强而减小,铸坯平均冷却速率随着搅拌强度的增强而增大,二次枝晶间距和铸坯平均冷却速率分别与搅拌强度呈线性关系；柱状晶偏转角随着搅拌强度的增强先增大达到最大值后保持不变,两者之间呈指数关系。通过光镜、扫描电镜及电子探针对轴承钢连铸坯中的液析碳化物进行检测,发现轴承钢连铸坯的合金元素会在显微偏析最严重的区域内析出液析碳化物。铸坯中液析碳化物的尺寸随着二次枝晶间距的增大而变大；铸坯中心偏析较严重的区域,液析碳化物数量较多；从铸坯边部到中心,液析碳化物尺寸及数密度均增大。通过检测从铸坯到热轧盘条全流程的样品,发现连铸过程中Cr元素在枝晶臂间会产生显微偏析且在该区域内极易生成富Cr碳化物。由于铸坯高温扩散时间不充分,部分富Cr碳化物残留在轧制之前的铸坯中,随着轧制的进行,这部分富Cr碳化物被逐渐轧制成链条状的带状碳化物结构。轧制过程中带状结构中的Cr元素偏析到晶界上与C元素结合析出发达的二次富Cr碳化物,与之相邻的基体成为贫Cr区,导致该位置抗腐蚀能力下降。贫Cr区与基体在电化学势的作用下开始晶间腐蚀,接着贫Cr基体逐渐剥落形成初始的腐蚀孔洞。随着腐蚀时间的增长,二次碳化物失去基体的支撑,网状碳化物开始脱落,最终多个腐蚀孔结合在一起形成尺寸较大的低倍检验孔洞。通过调整连铸坯和热轧盘条的热处理工艺对热轧盘条的低倍检验孔洞进行控制,发现轴承钢连铸坯的高温扩散温度应控制在1240℃,扩散时间应在8h以上,合金元素的枝晶偏析能够得到明显弱化,但仍不能完全消除;对轴承钢热轧盘条进行热处理时,随着热处理温度的升高,低倍检验孔洞数量明显减少且孔洞尺寸及深度同样随温度的升高而减小;在920℃时对轴承钢热轧盘条进行正火处理,同样能够有效的减少轴承钢的低倍检验孔洞数量。工业实验同样表明,通过调整铸坯高温扩散工艺,包括提高均热温度和延长均热时间等措施,均能够明显减少热轧盘条中的低倍检验孔洞数量,提升轴承钢质量。
