[发明专利]一种利用脉冲电流调控轴承钢中网状碳化物的方法

说明书

本发明公开一种利用脉冲电流调控轴承钢中网状碳化物的方法，属于高质量轴承钢制造的技术领域。所述方法包括对存在粗大的网状碳化物的热轧态轴承钢取样、试样表面的打磨清洗、确定脉冲电流参数、在室温下进行脉冲电流处理、观察碳化物形貌及分布和碳化物量化表征。本发明的所述方法可显著改善轴承钢的显微组织均匀性，通过脉冲电流处理促进轴承钢轧后析出的网状碳化物优先固溶，实现晶界、晶内处碳原子的重新分配，从而达到提高轴承钢中碳化物分布均匀性，改善其产品质量的目的。该方法所需工况温度低、时间短，可直接通过外接电源对材料进行处理，操作简单，符合当前工业绿色发展规划的要求。

技术领域

本发明属于高质量轴承钢制造的技术领域，涉及一种利用脉冲电流调控轴承钢中网状碳化物的方法。

背景技术

轴承是机械工业中使用广泛、要求严格的配套基础件。高碳铬轴承钢作为制备轴承的主要材料，占世界轴承钢生产总量的80％以上，其较高的碳含量(1wt.％)使其在热处理后获得较高的强度和硬度，且碳化物数量密度的有利于提髙其抗滚动接触疲劳及耐磨损性能。但是，随着钢中碳含量的增加，会析出严重的晶界网状碳化物，影响轴承的正常使用和寿命。

而去除轴承钢中网状碳化物的方法有以下几种：

1)正火处理

将其去除需将钢材加热到A_cm以上即可；

然而，正火处理工艺加热温度高，易导致晶粒组织粗大、表面脱碳等问题。此外，正火处理后冷却速度控制对显微组织影响十分敏感，冷度过快会导致贝氏体、马氏体形成；冷度过慢，网状碳化物会重新沿晶界析出。该方法既增加了额外繁琐工序，又容易带来碳化物粒度不均匀问题，因此现场一般不再采用这种工艺。

2)控制冷却速度

包括水浴等温淬火冷却对线材在线控冷，淬火最高温度低于A_cm，难以将碳化物网彻底消除，晶界处残留的粗大碳化物颗粒显著破坏轴承钢组织的均匀性，降低了轴承钢及其产品的力学性能和疲劳寿命。如专利CN109402356A公开的一种针对轴承钢线材轧后控制冷却的方法就是如此。

3)添加稀土元素

稀土元素价格昂贵，不利于工业大生产。如专利CN104032221A公开的一种铌微合金化高碳铬轴承钢及其热轧生产方法就是如此。

4)球化退火

球化退火最高温度低于A_cm，难以将碳化物网彻底消除，晶界处残留的粗大碳化物颗粒显著破坏轴承钢组织的均匀性，降低了轴承钢及其产品的力学性能和疲劳寿命。如专利CN103320583A公开的一种GCr15轴承钢球化退火热处理工艺方法就是如此。

故而网状碳化物的存在是限制轴承及轴承钢发展的主要原因之一，如果可以通过某种手段高效调控钢中碳化物尺寸和形貌，改善钢中碳化物的均匀性，将会对钢铁制造领域产生巨大的经济效益。

而目前，脉冲电流作为一种瞬时高能的特殊处理手段，它可以有效促进材料中第二相颗粒溶解、析出，实现对其形貌及分布的精准调控，从而改善材料力学性能。脉冲电流在钢材制备中的应用具体集中在以下几个方面：

1)脉冲电流对钢铁材料强韧化

2)脉冲电流对M50轴承基体中非网状碳化物尺寸的细化

综上，现有技术并未给出将脉冲电流用于轴承钢中网状碳化物的调控甚至彻底消除，给出的后续球化退火、淬火难以将其彻底消除，晶界处残留的粗大碳化物颗粒显著破坏了轴承钢组织的均匀性。其它的诸如脉冲电流处理的目的和技术效果也不涉及前述内容，具体的如何通过脉冲电流对轴承钢中碳化物的形貌、尺寸、分布等进行精准调控，从而改善组织均匀性提高钢材质量更是未考虑。

发明内容