[发明专利]用连铸坯塑性成形大尺寸轴承、齿轮钢的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢的塑性成形工艺，具体涉及一种用连铸坯塑性成形大尺寸轴承、齿轮钢的工艺方法。

背景技术

近年来随着冶炼技术的发展和市场竞争激烈的程度，连铸坯的应用也越来越广，连铸坯与钢锭比较，连铸坯材料利用率高，碾环机轧制的环件的工件截面形状更接近成品，比自由锻提高20%左右。

但连铸坯比钢锭具有较发达的柱状晶组织，并有较小的树枝晶间距，柱状晶组织其晶体具有明显的方向性，加工性能差，易导致中心偏析、中心疏松和中心裂纹等缺陷，所以在连铸坯凝固过程中，应尽可能遏制柱状晶区的发展，促使等轴晶区的扩大。国内于1999年开始生产轴承钢、碳素工具钢等高碳的特殊钢和齿轮钢。虽然连铸钢的表面质量较模铸钢有了很大改善，但随其截面越做越大，中心缺陷绝对值也越大，因高碳钢固液二箱区较其它钢种宽，在连铸坯的凝固过程中由于选分结晶和凝固收缩导致富集溶质的钢液向中心的宏观流动而引起中心偏析，同时由于枝晶“搭桥”，下部钢液在凝固收缩过程中得不到上部钢液的补充，形成残余缩孔和中心疏松等缺陷，试验￠500低倍轴承钢GCr15SiMn，中心疏松、中心缩孔、中心裂纹基本必有一到二个缺陷指标较高，如图5、6、7所示，最高达到4级。图5测得数据：

图6测得数据：

图7测得数据：

有图5、6、7所示可以知道，锻造压机在这里主要是提供基本无大的缺陷冲孔件，按需要环件的坯料重量由锯床下料—加热—鐓粗—冲孔，锻造过程主要是破碎铸造组织、提高致密度、锻造成型、降低或消除凝固过程的偏析缺陷，提高致密度，但目前锻造提供的环坯都是用实芯冲的坯料给碾环机轧制的，对于轴承钢、齿轮钢的≥￠380连铸坯，当低倍中心缩孔、裂纹等级≥1-2.5级的，其铸态组织中心缺陷关靠前道压机拔长、鐓粗、实芯冲头冲孔和后道碾环机轧制是无法解决的。目前用户对轴承环、齿轮环的产品质量要求越来越严，提出的探伤标准高，许多需要通过（相当）JB/T5000·15-2007  Ⅱ、Ⅲ级探伤标准和GB/T6402-2008 Ⅲ、Ⅳ级探伤标准，还有的产品到精加工后，技术要求渗透或磁痕需按JB/T5000-2007 ≤Ⅲ级标准，内圈就很难通过PT或MT，这主要是锻造出环坯时，由于连铸坯截面尺寸越大其中心缺陷也越大，当成形后，靠内径边缘缺陷没有锻合或去除则探伤就通不过，通常在压机锻造出坯时用的是实芯冲头冲孔，没有把最严重的缺陷料去除而造成。

大轴承环、齿轮环超声波探伤不合格一般都是有碾环机轧制成品，通常是“锻比”严重不足甚至是“铸件”而不是锻件，这种“锻件”整体除靠近内外壁部位的其它部位内部组织疏松、晶粒粗大。

现在环件轧制一般都参与径轴向轧制，使环件发生形变的力除了来自径向的挤压力，还有来自轴向压力，克服了径向轧制的一些缺陷。1）其成型过程是局部加压连续小变形的积累，工件与工具的接触面积小，使小吨位设备可加工大的无接缝环件，扩大了环件的加工范围；如图1所示的碾环机工作图。2）材料利用率高，环件轧制的工件截面形状更接近成品，比自由锻提高20%以上。3）劳动条件好、生产率高。4）生产成本低，环件轧制与自由锻相比（簿壁圈），材料消耗低40%左右。成本降低40%左右，直径4.5米以上的大型环件基本都采用环件轧制工艺生产。

 

由于有这么多长处，轧环生产量非常大，但环的壁厚中心还时常超声波探伤不合格，其主要缺少考虑锻透条件，扩孔比小，为了锻造操作方便和节约材料往往用小实芯冲头冲孔和小芯辊轧制，第二放大了可轧制的壁厚，因为轧环是连续小变形的积累，工件与工具的接触面积小，锻透条件就差，因此，厚壁类环中间就会出现疏松、晶粒粗大等，使超声波探伤不合格；如图2所示的环件锻透图。

环件轧制基本工作条件：1）咬入条件：通过增大摩擦来改善咬入条件，并且随着环件半径增大，越易咬入。2）锻透条件是塑性区穿透环件壁厚，环件产生壁厚减小，直径扩大的塑性变形，环件锻透条件是环件轧制变形的充分条件。所以在条件允许下，应该用大芯辊和导向辊轧制同时轧制力越大越好。

由于碾环机由以上的设备和轧制的特点，对原始来料质量要求较高，如果，来料内壁还存在剩余连铸中心缺陷且被氧化，碾环机/轧制后变成了氧化夹杂物或夹杂裂纹，使产品在做内壁PT或MT探伤就会不合格。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种用连铸坯塑性成形大尺寸轴承、齿轮及各环类钢的工艺方法。