轴承钢轧后控制冷却工艺研究

摘要

随着我国国民经济的迅猛发展，以GCr15为代表的高碳铬轴承钢市场增长迅速，对产品质量的要求也不断提高，尤其对轴承钢网状碳化物的级别控制提出了更高的要求。GCr15轴承钢在轧后冷却过程中，有二次碳化物沿奥氏体晶界呈网状析出。当高碳铬轴承钢中存在网状碳化物时，会增加钢的脆性，降低轴承零件的寿命。
　　 本文结合宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司与东北大学合作项目“棒材生产线在线冷却水箱改造后要满足在线控制冷却的工艺要求”进行的，利用东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室开发的具有自主知识产权的快速冷却设备，通过控制冷却技术来降低轴承钢碳化物网状级别的生产技术研究与开发项目为背景的基础下，对轴承钢热轧后控冷过程进行了实验研究和理论研究分析，其主要研究内容和结果概括为以下几个方面：(1)利用MMS-200多功能热力模拟实验机，对GCr15轴承钢进行980℃变形后的控冷工艺模拟实验，并结合金相组织观察网状碳化物的析出情况，为制定合理的GCr15轴承钢轧后控冷工艺提供理论依据。(2)利用ANSYS软件对棒材热轧后快速冷却温度场进行模拟，分析了棒材心部，1/4D处，表面处温度场分布，模拟计算结果表明，轴承钢棒材热轧后在改造后的快速冷却设备中快速冷却，返红温度可以控制在目标以内来控制网状碳化物的级别。(3)基于Visual Basic语言及ANSYS软件，开发了界面友好的轴承钢轧后快冷温度场分析系统，增强了ANSYS前处理能力，大大提高了分析效率。(4)根据计算机模拟、实验室实验的数据和结果，结合现场实际，提出了Φ40～Φ60mm的大断面轴承钢的控冷工艺最佳方案，为现场大批量生产打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 前言

1.2 轴承钢的冶金质量

1.2.1 轴承钢的纯净度

1.2.2 轴承钢的碳化物

1.3 轴承钢的控制轧制和控制冷却

1.3.1 控制轧制的机理和特点

1.3.2 控制冷却的机理和特点

1.3.3 轴承钢控制轧制与控制冷却工艺的组合类型

1.3.4 控轧控冷抑制碳化物网状的相关研究

1.4 轴承钢国内外发展情况

1.4.1 国外发展概况

1.4.2 国内发展现状

1.4.3 国内轴承钢存在的问题

1.5 本论文研究目的和主要内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究的主要内容

2 控制冷却的热模拟研究

2.1 轴承钢的热模拟实验

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验方案

2.1.3 实验结果及分析

2.2 本章小结

3 轴承钢控冷过程的温度场模拟

3.1 控冷设备的工艺参数

3.1.1 控冷设备概况

3.1.2 典型规格轴承钢的控冷工艺参数

3.2 轴承钢控冷传热过程分析

3.2.1 温度场模拟计算条件

3.3 轴承圆钢温度场模型的建立

3.3.1 求解模型

3.3.2 热物性参数选取

3.3.3 换热系数的选择

3.4 轴承钢控冷过程温度场的模拟结果与分析

3.4.1 水箱改造前轴承钢轧后冷却温度场

3.4.2 模拟结果的验证

3.4.3 水箱改造后轴承钢轧后冷却温度场

3.5 温度场参数建模程序

3.5.1 程序的系统框架介绍

3.5.2 在VB下ANSYS命令流文件的实现

3.5.3 Visual Basic调用ANSYS程序设计

3.5.4 界面

3.6 本章小结

4 轴承钢棒材轧后控制冷却生产实验

4.1 控制冷却实验过程

4.1.1 工艺流程

4.1.2 控制冷却工艺布置

4.2 试验材料与方法

4.2.1 试验材料

4.2.2 试验方法

4.3 试验结果分析

4.3.1 棒材轧后快冷得到的组织

4.3.2 轧后快冷网状碳化物分布情况

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

致谢