GCr15鋼管生產工藝要點與理論分析

付博 張少瑩

摘要：滾動軸承應用于國民經濟的各個領域，是工農業不可缺少的零部件。軸承廠用無縫鋼管生產滾動軸承的軸承套圈，我國是在20世紀50年后期開始，逐步的掌握了軸承套圈的生產工藝并投入生產。本文概要分析生產要點、關鍵參數及熱處理工藝制度。

關鍵詞：GCr15 滾動軸承 工藝要點 關鍵參數 熱處理

1 概述

無縫鋼管為原料生產軸承套圈是上世紀50年代后期，1953年鞍鋼三大工程之一，鞍鋼無縫廠-Φ140自動軋管機組（蘇聯援建）投產，當時在我國是先進、唯一的無縫鋼管廠家。由于建國后大規模經濟建設，鋼管需求量極大，遠遠滿足不了市場需求。作為當時急需的航空機構管、石油用管、槍炮軍用及一般結構管都是這套Φ140機組來生產。由于軸承鋼工藝要求特殊，熱處理復雜，受設備所限，在1955年后，軸承鋼管生產量較少，主要用于軍工等要害部門。鑒于軸承鋼管產量低、周期長、工藝復雜、熱處理設備要求高等特點，至今鞍鋼已經不再生產軸承鋼管。1956年后，成都鋼管廠建成Φ216、Φ318周期軋管機，包鋼Φ400，到1958年全國建成40余套Φ76小型無縫機組，80年衡陽建成Φ108三輥穿軋機組，隨后大冶（黃石）、天津Φ250等大型國有企業相繼建成投產，為我國無縫鋼管蓬勃發展打下基礎。

2 GCr15鋼的特點及冶煉要求

滾鉻15鋼（GCr15）至今為國內外公認的標準牌號軸承鋼，為什么常用不衰呢？我們可從它的牌號和化學成份中得到答案，見下表1

從表1看出：它含碳量在1%左右，含Cr量在1.5%左右，含P.S量≤0.025（屬于優質鋼），所以GCr15鋼準確說叫高碳低合金優質鉻鋼。

其特點：

①用高碳（1%）增加硬度和耐磨性；②用鉻（1.5%）增加強度和耐腐蝕性；③加熱時要防止脫碳：鋼管內、外表面每邊總脫碳層深度應符合高碳鉻軸承鋼標準（GB/18254-

2002）見表2。④非金屬夾雜物和碳化物不均性等要求應符合GB/T18254-2002的規定。特別是P.S含量盡量少。因為P易造成冷脆，而S易造成熱脆。

3 GCr15工藝要點與理論分析

目前，我國應用最多、最廣的軸承鋼管，仍舊是Φ114以下的中小軸承用管，多用穿-拔（冷拔）工藝完成，而大規格軸承管可用Φ170～Φ460Assel機組熱軋生產工藝完成。

本文主要用穿-拔（冷拔）工藝生產GCr15的工藝要點加以闡述和理論分析。

3.1 加熱工藝

①加熱速度。GCr15屬于高碳低合金鉻鋼，導熱性差。因此，加熱速度不易快，要緩慢加熱，確保加熱不均勻性。一般使用10～11min/cm速度最佳。②溫度。GCr15為高碳（1.0%）屬于過共析鋼。在Fe-C平衡相圖中固熔區較窄，為防高溫（上限）脫碳和下限抗力大、塑性差等綜合考慮，用下表加熱工藝，見表3。

3.2 穿孔工藝

①確保穿后溫度在1110～1140℃；穿后溫度=出爐溫度+（10～30℃）。②頂前壓下量=4～7%；一般在5%左右為宜，所以頂前壓下量太大易出現內折，頂前壓下量易弓頂桿，頂頭磨損快（阻力大）。③橢圓度系數。穿孔一般鋼橢圓度系數控制在1.03～1.18，因為GCr15變形抗力大，橢圓度系數大易產生內折，橢圓度系數小易包頂頭、弓頂桿，所以橢圓度系數控制在1.1左右為最好。④調整與操作要過硬。

3.3 冷拔（軋）工藝

3.3.1 工藝過程。原料——檢查（修磨等）——錘頭

——退火——矯直——打捆——酸洗——水洗——高壓水沖洗——中和——磷化處理——皂化——拔管（冷軋）——中切（過長）——重錘頭——退火——矯直——打捆重復——成品熱處理（淬火、回火）——矯直—切定尺——檢查（超聲、渦流）——火花與光譜分析——入庫。

①原料（熱穿毛管）

管料外徑與壁厚要比成品稍大些

例如：外徑D料≥D成+（5～30）mm

壁厚S料≥S成+（0.5～1.5）mm

②冷拔（軋）

GCr15鋼管分為普通與高精密兩種鋼管。前者用在一般軸承上，后者用在精密軸承上。

一般軸承管用穿-拔工藝即可。

精密軸承管用穿-軋（冷）工藝來生產。

3.3.2 冷拔（軋）工藝要點。①冷拔。由于GCr15系高碳低合金鋼變形抗力高、塑性差，所以冷拔工藝最好采用短頂頭拔制，盡量少用空拔。

a短頂頭拔制

中式（圓柱形）頂頭：因為管與頂頭間摩擦大，所以變形量小，一般每道次延伸系數μ=1.4～1.6。

優點：減徑量大，吃肉面在外部，所以外表面光潔，多用在頭幾道次上。

蘇式（錐形）頂頭：該頂頭摩擦比中式還大，所以變形量更小μ=1.3～1.4。

優點：吃肉面在內，所以內表面光潔多用在中間和成品道次上。

b空拔

因外表與外模接觸面而內表無頂頭約束，所以空拔變形不均嚴重，易產生內應力，延伸不能太大μ=1.4～1.6，故GCr15鋼管盡量少用空拔，如用可在成品道次上拔一道次μ≤1.4。

②冷軋。冷拔主要是減徑其次是減壁。而冷軋相反，冷軋主要是減壁其次是減徑。所以軋-拔配合時鋼管冷加工最佳選擇。目前，常用的冷軋管機有二輥和多輥式兩種：

我國標號為：二輥式LG 小型：LG30、55

中型：LG80、120、150、200

大型：LG450

多輥式LD 小型LD8、15、30

中型LD60、90、120

冷軋特點：a因變形力學圖示要好于冷拔，所以可提高金屬塑性，有利于軋抗力大、難變形的GCr15。b二輥道次變形量：相對變形量≤80%，μ≤5；多輥道次變形量：相對變形量≤50%，μ≤2。

所以對GCr15鋼精軋管頭幾道軋制在LG上，后幾道（成品道）用LD軋制更好。光潔度可達>？犖8（LG>？犖5），由冷拔（軋）工藝過程可見，除關鍵的拔（軋）外就是拔（軋）后中間退火和成品熱處理了。

3.4 熱處理工藝

GCr15為高碳低合金鉻鋼，為了能夠滿足軸承套圈的硬而不脆、強度高、耐磨、耐腐蝕、耐用等特點，必須采用較高的熱處理工藝。

3.4.1 穿后在線正火（常化）處理。為防止碳化物沿晶緩慢析出，而錘頭后，噴水霧化處理。

目的：防止網狀組織出現，降低晶界強度。

正火溫度：900～920℃，時間30～40min后，待毛管顏色變褐黑色放入料槽中，保證霧化均勻。

3.4.2 球化退火。為了消除正火后的片狀組織，球化處理后圓球狀的珠光體組織，即得到細而均勻的球粒狀組織，為淬火處理創造條件。

球化退火溫度：780～800在輥底箱狀爐或連續爐上進行。

球化退火時間：輥底爐20～24小時；連續爐12～14小時。

由于輥底爐操作麻煩、晶粒不均勻難免，且時間長，所以除小廠子使用外，基本已經淘汰；連續爐投資大、占地廣（一般爐長80～120米），但因機械化、自動化水平較高，電腦控制、加熱時間短、加熱均勻等優點而廣為應用。

3.4.3 淬火。淬火溫度：820～840℃，油淬成細針狀馬氏體；Rc=64～85；時間：2.5小時。

3.4.4 回火（套圈）。回火溫度：150～170℃，組織：極細回火馬氏體。

回火時間：2小時左右，Rc=61～65。

3.4.5 組織。GCr15經上述熱處理后，其組織應滿足：a低倍組織。經酸侵的試樣應無縮孔裂紋，皮下氣泡、過燒、白點及有害夾雜。b高倍（顯微）組織。鋼管的球化退火顯微組織應在2～4級別范圍內。

4 結論

①GCr15鋼管雖然塑性差、變形抗力大，生產難度大，但只要嚴格按照上述工藝要點去做，是完全可以正常生產的。②GCr15的關鍵是熱處理，特別是球化處理，最好在100米左右的連續爐中處理為佳。③霧化冷卻在生產線上，錘頭后及時進行，確保冷卻均勻。

參考文獻：

[1]金如崧.論無縫鋼管生產重組與連軋管廠的技術改造[J].寶鋼技術，2001（04）.

[2]胡占元，袁明，著.熱處理基本知識[M].冶金出版社，1964年.

[3]浙江健力集團企業標準，2003-01-01.

作者簡介：

付博（1985-），男，遼寧鞍山人，畢業于大連交通大學材料科學與工程學院，在讀中國海洋大學碩士研究生項目管理專業。現工作于煙臺寶鋼鋼管有限責任公司PQF軋管分廠，助理工程師，主要從事無縫鋼管生產工藝管理工作。