防氧化涂料降低軸承鋼脫碳層深度的工藝探索

王旭冀，彭 超，朱建成，劉 慶

(湖南華菱湘鋼，湖南 湘潭 411100)

GCr15盤條一般用于生產耐磨性能、強韌性能和抗疲勞性能要求較高的軸承滾針、滾柱、滾珠[1]，而脫碳層深度和形貌會對軸承的使用壽命造成一定的影響。湘鋼在軸承鋼上進行了防氧化脫碳涂層試驗，分析了脫碳層深度，可以為脫碳的控制提供指導和依據。

1 試驗準備

鋼的脫碳是鑄坯在高溫下由于碳活度的增大和鋼材內部與表面碳含量的差異引起碳元素從鋼內部向表層擴散，從而引起鋼的碳含量減少的現象。軸承鋼對碳化物不均勻性要求較高，故鋼坯在加熱爐內的時間較長，這就使得軸承鋼的氧化與脫碳問題更加突出。據相關研究[2，3]，防脫碳涂層降低脫碳的主要原理為減弱爐內氣體對鋼坯的影響。

選取15支已經修磨好的鋼坯，端部分別標記為1～15#，使用高壓氣體將混合好的涂料均勻噴涂在鋼坯表面，其中1～5#鋼坯表面均勻噴上涂料A，6～10#鋼坯表面均勻噴上涂料B，11～15#僅為正常修磨坯。

2 GCr15軸承鋼的試生產

高線廠軋制Φ17mm規格GCr15，按端部編號1～15#鋼坯依次入爐，爐內殘氧量控制在2%～5%，高壓水除鱗壓力14MPa左右，出爐時鋼坯經高壓水除磷后的清除情況如圖1，目測涂層清除較干凈。

圖1 出爐經高壓水除磷后的鋼坯

軋制前確認軋線軋輥、軋槽、滾動導衛、衛板、過管（橋）滿足生產要求；軋制線無明顯打火花的現象，紅鋼表面無肉眼可見的劃傷；在線、離線酸洗盤條試樣均未見耳子、劃傷、折疊等其它軋制缺陷，尺寸滿足國標C級。加熱爐工藝及實際控制情況如下表1。

表1 加熱工藝

3 結果與分析

3.1 脫碳層結構及深度

從1～15盤條上正常剪切頭尾后選取若干個盤條樣制成金相試樣，經磨削拋光腐蝕后，觀察顯微照片如下圖2。

圖2 鋼材脫碳層金相組織

從上圖看出，涂料保護后可使鋼樣組織發生顯著改變，脫碳層深度減少，經涂料A保護后脫碳層深度明顯減少，涂料B與無涂料保護的盤條脫碳層明顯，三種盤條均未發現全脫碳層深度，統計具體數據見表2。

圖3 電鏡氧化鐵皮形貌及成分

表2 盤條的脫碳層深度mm

從表2中看出，涂料A盤條脫碳層深度在0.03～0.05mm，涂料B盤條脫碳層深度在0.07～0.09mm，正常盤條脫碳層深度在0.09～0.12mm，涂料A盤條的防脫碳效果最好。

3.2 電鏡分析

將3.1節上的金相試樣在電子顯微鏡下觀察，對氧化鐵皮進行成分分析，典型電鏡照片及能譜分析如圖3。

經能譜分析盤條表層物質成分為O、Mn、Fe，符合氧化鐵皮成分，可知盤條基體上未附著殘留的涂料成分。

4 結論

（1）涂料A對軸承鋼坯具有良好的防氧化脫碳效果，深度在0.03～0.05mm之間。涂料B次之，脫碳深度在0.07～0.09mm，未涂的修磨坯脫碳深度在0.09～0.12mm之間。

（2）涂料在出爐軋制前經高壓水除磷均去除干凈，微觀效果檢測盤條表面未發現殘留。