过热度对轴承钢内部组织的影响

工程科学学报，第38卷，增刊1：45-49,2016年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,Suppl.1:45-49,June 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.s1.008 http://journals.ustb.edu.cn 过热度对轴承钢内部组织的影响 逯志方12)区，张治广12)，赵铮锋2》，王伟2》，李艳霞”，和洪杰”， 王成杰12) 1)邢台钢铁有限责任公司，邢台0540272)河北省线材工程技术研究中心，邢台054027 ☒通信作者，E-mail:uz860504@163.com 摘要利用枝晶腐蚀低倍检验技术、铸坯及盘条淬火+回火热处理金相检验等技术研究了过热度对轴承钢内部组织的影 响.结果表明低过热度工艺铸坯等轴晶比例提高，二次枝晶间距变小，铸坯内部偏析、缩孔等治金缺陷有所改善，但盘条酸洗 低倍组织及碳化物不均匀性差别不大.两种工艺铸坯混晶区均比中心等轴晶区偏析严重，存在大量的大尺寸共晶碳化物. 关键词轴承钢：过热度：凝固组织：枝晶间距 分类号TG142 Influence of superheat on internal structure of the bearing steel LU Zhifang,ZHANG Zhi-guang,ZHAO Zheng-zheng,WANG Wei,LI Yan-xia,HE Hong jie,WANG Cheng- jiel2) 1)Xingtai Iron and Steel Co.Lid.Xingtai 054027,China 2)Wire Engineering Technology Research Center,Xingtai 054027,China Corresponding author,E-mail:luzf860504@163.com ABSTRACT The influence of superheat on internal structure of the bearing steel is researched by the macrostructure inspection tech- nology of dendrite corrosion and metallographic test method of bloom and wire with quenching and tempering heat treatment.The re- sults show that the equiaxed crystal ratio of the low superheat process increase.The secondary dendrite spacing decreases.Internal metallurgical defects such as segregation,shrinkage cavity improve.But there is little difference in the wire rod pickling macrostructure and carbide nonhomogeneity.Segregation control in the mixed crystal area is more serious than that in equiaxed crystal area.And there are a large numble of large size eutectic carbides. KEY WORDS bearing steel:superheat:solidification structure:dendrite arm spacing 轴承钢常用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈等零部究.贾大海等研究了扩散工艺对轴承钢内部组 件.轴承钢要求有高而均匀的硬度和耐磨性，且对材 织均匀性的影响，分别对碳化物液析、带状、网状的 料非金属夹杂物、内部组织等要求都十分严格，是钢铁 影响进行了研究B-.Kwan-Ho Kim、K.Okamoto等 生产中要求最严格的钢种之一.轴承钢的组织不均匀 通过研究铸坯大颗粒碳化物随加热温度变化的情 性对接触疲劳强度有较大的影响. 况，得到了两种不同的扩散模型.本文在前人研 国内外学者为改善轴承钢内部组织进行了大量 究的基础上-，通过使用中包加热装置、调整电磁 的研究工作.浅野钢一、吴小林等研究了连铸工艺参 搅拌位置、改变浸入式水口类型等措施，大幅降低钢 数调整对轴承钢凝固组织的影响，分别对拉速、结晶 水过热度，研究了过热度对轴承钢铸坯及盘条内部 器电磁搅拌、冷却制度、压下工艺进行了优化研 组织的影响. 收稿日期：201601-11

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1: 45--49，2016 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，Suppl． 1: 45--49，June 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． s1． 008; http: / /journals． ustb． edu． cn 过热度对轴承钢内部组织的影响 逯志方1，2) ，张治广1，2) ，赵铮铮1，2) ，王 伟1，2) ，李艳霞1) ，和洪杰1) ， 王成杰1，2) 1) 邢台钢铁有限责任公司，邢台 054027 2) 河北省线材工程技术研究中心，邢台 054027  通信作者，E-mail: luzf860504@ 163． com 摘 要 利用枝晶腐蚀低倍检验技术、铸坯及盘条淬火 + 回火热处理金相检验等技术研究了过热度对轴承钢内部组织的影 响． 结果表明低过热度工艺铸坯等轴晶比例提高，二次枝晶间距变小，铸坯内部偏析、缩孔等冶金缺陷有所改善，但盘条酸洗 低倍组织及碳化物不均匀性差别不大． 两种工艺铸坯混晶区均比中心等轴晶区偏析严重，存在大量的大尺寸共晶碳化物． 关键词 轴承钢; 过热度; 凝固组织; 枝晶间距 分类号 TG142 Influence of superheat on internal structure of the bearing steel LU Zhi-fang1，2)  ，ZHANG Zhi-guang1，2) ，ZHAO Zheng-zheng1，2) ，WANG Wei1，2) ，LI Yan-xia1) ，HE Hong-jie1) ，WANG Cheng￾jie1，2) 1) Xingtai Iron and Steel Co． Ltd． ，Xingtai 054027，China 2) Wire Engineering Technology Ｒesearch Center，Xingtai 054027，China  Corresponding author，E-mail: luzf860504@ 163． com ABSTＲACT The influence of superheat on internal structure of the bearing steel is researched by the macrostructure inspection tech￾nology of dendrite corrosion and metallographic test method of bloom and wire with quenching and tempering heat treatment． The re￾sults show that the equiaxed crystal ratio of the low superheat process increase． The secondary dendrite spacing decreases． Internal metallurgical defects such as segregation，shrinkage cavity improve． But there is little difference in the wire rod pickling macrostructure and carbide nonhomogeneity． Segregation control in the mixed crystal area is more serious than that in equiaxed crystal area． And there are a large numble of large size eutectic carbides． KEY WOＲDS bearing steel; superheat; solidification structure; dendrite arm spacing 收稿日期: 2016--01--11 轴承钢常用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈等零部 件． 轴承钢要求有高而均匀的硬度和耐磨性，且对材 料非金属夹杂物、内部组织等要求都十分严格，是钢铁 生产中要求最严格的钢种之一． 轴承钢的组织不均匀 性对接触疲劳强度有较大的影响． 国内外学者为改善轴承钢内部组织进行了大量 的研究工作． 浅野钢一、吴小林等研究了连铸工艺参 数调整对轴承钢凝固组织的影响，分别对拉速、结晶 器电 磁 搅 拌、冷 却 制 度、压下工艺进行了优化研 究［1--4］． 贾大海等研究了扩散工艺 对 轴 承 钢 内 部 组 织均匀性的影响，分别对碳化物液析、带状、网状的 影 响 进 行 了 研 究［5--7］． Kwan-Ho Kim、K． Okamoto 等 通过研究铸坯大颗粒碳化物随加热温度变化的情 况，得到了两种不同的扩散模型［8--10］． 本文在前人研 究的基础上［11--12］，通过使用中包加热装置、调整电磁 搅拌位置、改变浸入式水口类型等措施，大幅降低钢 水过热度，研究了过热度对轴承钢铸坯及盘条内部 组织的影响．

·46 工程科学学报，第38卷，增刊1 1实验设计 究所检测中心采用枝晶腐蚀低倍检验技术显示铸坯凝 固组织并统计枝晶间距等信息 1.1低过热度 铸坯淬火+回火金相检验：不同工艺铸坯各1块， 实验主要通过两种途径来降低钢水过热度：控制 沿中心加工成10mm×10mm×163mm条状试样后进 钢水上机温度，采用中间包加热技术，使中间包钢水过 行淬、回火热处理.淬火工艺：830℃，30min,油淬：回 热度控制在(17±2)℃的较低水平；采用侧开两孔水 火工艺：150℃，90min.对试样进行铣、粗磨加工后，剖 口，将结晶器电磁搅拌装置上移30mm,结晶器宽窄面 分为9块，然后打磨、抛光，用体积分数4%的硝酸酒 冷却水量分别增加100L/min,尽可能的加快结晶器内 精深腐蚀，然后观察金相组织 部钢水过热的消除.低过热度实验实施过程主要调整 铸坯及盘条酸洗低倍检验：不同工艺铸坯各1块， 工艺参数如表1所示 不同工艺盘条各3根，进行铣、粗磨加工后剖分，然后 表1低过热度实验实施方案工艺参数 打磨、抛光，体积比1：1的盐酸水溶液在65~80℃浸蚀 Table 1 Technological parameters of the low superheat experiment 30min,观察酸洗低倍组织. 盘条碳化物不均匀性检验：不同工艺盘条各5根， 参数 常规工艺 低过热度工艺 进行热处理.淬火工艺：830℃，30min,油淬：回火工 中包过热度/℃ 30±5 17±2 艺：150℃，90min.对试样进行粗磨加工后剖分，经打 浸入式水口类型 直通式水口 侧开两孔水口 磨、抛光处理后，用体积分数4%的硝酸酒精深腐蚀， 结品器水量（宽/窄面）/ 1500/1350 1600/1450 然后观察金相组织 (L.min-1) 结品器上沿距 结品器上沿距 2 结果及分析 结品器电磁搅拌位置 弯月面350mm 弯月面320mm 2.1过热度对铸坯凝固组织的影响 1.2研究方法 铸坯分析采用东北大学枝晶腐蚀低倍检验技 铸坯枝晶显示技术：不同工艺铸坯各1块，尺寸 术，两种工艺铸坯内部典型凝固组织如图1和图2 140mm×163mm(1/4铸坯)，在东北大学治金技术研 所示 m 51tt1 图1常规工艺典型凝固组织.(a)表层区：(b)柱状品区：(c)混晶区：(d)中心等轴品区 Fig.1 Typical solidification structure of the conventional process:(a)Surface layer area:(b)Columnar crystal area:(c)Mixed erystal area:(d) Center equiaxial crystal area 5 mm mm 图2低过热度工艺典型凝固组织.(a)表层区：(b)柱状晶区：(c)混品区：(d)中心等轴晶区 Fig.2 Typical solidification structure of the low superheat process:(a)Surface layer area:(b)Columnar crystal area:(c)Mixed crystal area:(d) Center equiaxial crystal area 对两种工艺的1/4铸坯凝固组织进行统计分析， 与混晶区比例差别不大，但低过热度工艺中心等轴晶 表面激冷层、柱状晶区、混晶区、中心等轴晶区面积比 区比例明显提高，增加约5.02%.对两种工艺铸坯不 例如图3所示.两种工艺铸坯凝固组织相比，激冷层 同位置（距边部分别为20、50、95、135mm)典型凝固组

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 1 实验设计 1. 1 低过热度 实验主要通过两种途径来降低钢水过热度: 控制 钢水上机温度，采用中间包加热技术，使中间包钢水过 热度控制在( 17 ± 2) ℃ 的较低水平; 采用侧开两孔水 口，将结晶器电磁搅拌装置上移 30 mm，结晶器宽窄面 冷却水量分别增加 100 L /min，尽可能的加快结晶器内 部钢水过热的消除． 低过热度实验实施过程主要调整 工艺参数如表 1 所示． 表 1 低过热度实验实施方案工艺参数 Table 1 Technological parameters of the low superheat experiment 参数 常规工艺 低过热度工艺 中包过热度/℃ 30 ± 5 17 ± 2 浸入式水口类型 直通式水口 侧开两孔水口 结晶器水量( 宽/窄面) / ( L·min － 1 ) 1500 /1350 1600 /1450 结晶器电磁搅拌位置 结晶器上沿距 弯月面 350 mm 结晶器上沿距 弯月面 320 mm 1. 2 研究方法 铸坯枝晶显示技术: 不同工艺铸坯各 1 块，尺寸 140 mm × 163 mm( 1 /4 铸坯) ，在东北大学冶金技术研 究所检测中心采用枝晶腐蚀低倍检验技术显示铸坯凝 固组织并统计枝晶间距等信息． 铸坯淬火 + 回火金相检验: 不同工艺铸坯各 1 块， 沿中心加工成 10 mm × 10 mm × 163 mm 条状试样后进 行淬、回火热处理． 淬火工艺: 830 ℃，30 min，油淬; 回 火工艺: 150 ℃，90 min． 对试样进行铣、粗磨加工后，剖 分为 9 块，然后打磨、抛光，用体积分数 4% 的硝酸酒 精深腐蚀，然后观察金相组织． 铸坯及盘条酸洗低倍检验: 不同工艺铸坯各 1 块， 不同工艺盘条各 3 根，进行铣、粗磨加工后剖分，然后 打磨、抛光，体积比 1∶ 1的盐酸水溶液在 65 ～ 80 ℃浸蚀 30 min，观察酸洗低倍组织． 盘条碳化物不均匀性检验: 不同工艺盘条各 5 根， 进行热处理． 淬火工艺: 830 ℃，30 min，油淬; 回火工 艺: 150 ℃，90 min． 对试样进行粗磨加工后剖分，经打 磨、抛光处理后，用体积分数 4% 的硝酸酒精深腐蚀， 然后观察金相组织． 2 结果及分析 2. 1 过热度对铸坯凝固组织的影响 铸坯分 析 采 用 东 北 大 学 枝 晶 腐 蚀 低 倍 检 验 技 术，两种工艺铸坯内部典型凝固组织如图 1 和图 2 所示． 图 1 常规工艺典型凝固组织． ( a) 表层区; ( b) 柱状晶区; ( c) 混晶区; ( d) 中心等轴晶区 Fig． 1 Typical solidification structure of the conventional process: ( a) Surface layer area; ( b) Columnar crystal area; ( c) Mixed crystal area; ( d) Center equiaxial crystal area 图 2 低过热度工艺典型凝固组织． ( a) 表层区; ( b) 柱状晶区; ( c) 混晶区; ( d) 中心等轴晶区 Fig． 2 Typical solidification structure of the low superheat process: ( a) Surface layer area; ( b) Columnar crystal area; ( c) Mixed crystal area; ( d) Center equiaxial crystal area 对两种工艺的 1 /4 铸坯凝固组织进行统计分析， 表面激冷层、柱状晶区、混晶区、中心等轴晶区面积比 例如图 3 所示． 两种工艺铸坯凝固组织相比，激冷层 与混晶区比例差别不大，但低过热度工艺中心等轴晶 区比例明显提高，增加约 5. 02% ． 对两种工艺铸坯不 同位置( 距边部分别为 20、50、95、135 mm) 典型凝固组 · 64 ·

逯志方等：过热度对轴承钢内部组织的影响 ·47 织的二次枝晶间距进行统计分析，各个统计区域约为 过热度浇注，铸坯内部相对冷却速率增大，枝晶间距变 10mm×10mm,统计8~10组不同树枝晶二次枝晶间 小，对于表面激冷层的特殊情况，可能与常规工艺铸坯 距，然后取平均值，激冷层、柱状晶区、混晶区、等轴晶 在结晶器内冷却强度较大有关. 区二次枝晶间距如图4所示.由图可知，二次枝晶间 为更直观地观察铸坯内部偏析、疏松、缩孔等治金 距数值由铸坯边部到心部逐渐增大，低过热度工艺铸 缺陷的控制情况，对铸坯进行淬火+回火热处理，然后 坯除表面激冷层外，其余凝固组织二次枝晶间距与常 硝酸酒精深腐蚀后观察特定区域内部组织.两种工艺 规工艺相比变小，中心等轴晶区二次枝晶间距减小约 铸坯混晶区、中心等轴晶区组织形貌如图5和图6所 0.013mm. 示.由图可知两种工艺铸坯内部均存在不同程度的偏 60 析，都有共晶碳化物、疏松、缩孔等内部缺陷，且混晶区 。一常规工艺 50 。一低过热度工艺 比中心等轴晶区偏析严重，存在大量的大颗粒共晶碳 化物.两种工艺相比，低过热度工艺混晶区共晶碳化 40 物分布相对分散，中心等轴晶区疏松及缩孔相对较轻. 30 混晶区即为柱状晶向等轴晶转变的过度地带，铸坯凝 20 固过程中凝固前沿大量杂质及富集元素在混晶区凝 固，造成偏析严重，表现在盘条酸洗低倍上存在框型偏 10 析.低过热度工艺中心等轴晶比例大，一定程度上改 激冷层 住状晶区 混品区 等轴品区 善了偏析、缩孔等治金缺陷. 铸坯典型凝固组织 2.2过热度对铸坯及盘条酸洗低倍组织的影响 图3铸坯凝固组织统计 对铸坯纵剖面及盘条横截面进行酸洗低倍检验， Fig.3 Statistics on the solidification microstructure of bloom 在体积比1：1的盐酸水溶液65~80℃温度下浸蚀30 min,酸洗低倍形貌如图7和图8所示. 0.275 由铸坯纵剖酸洗低倍组织可以看出，常规工艺铸 0.250 坯中心部位存在一定程度的V型偏析，低过热度工艺 中心部位偏析有所改善，但两块铸坯内弧侧1/4部位 0.225 均存在不同程度的压下裂纹，裂纹可能与凝固末端轻 0.200 压下工艺不匹配有关.从盘条酸洗低倍照片结果来 。一常规工艺 看，两种工艺低倍组织差异不大，疏松严重，整个端面 低过热度工艺 0.175 发暗，布满大小不一的孔洞，且端面均存在一定程度的 框型偏析. 0.150 激冷层 柱状晶区 混晶区 等轴晶区 钢水低过热度浇注，铸坯中心区域等轴晶数量较 铸坏典型凝固组织 多，有利于抑制树枝晶间搭桥的产生及铸坯凝固末端 图4铸坯二次枝晶间距统计 枝晶间富集钢液的不合理流动，改善了铸坯中心V型 Fig.4 Statistics on the secondry dendrite arm spacing 偏析.盘条酸洗后产生大量孔洞的原因尚不明确，可 低过热度工艺，结晶器内钢水过冷度减小，临界形 能是盘条内部存在大量治金缺陷（第二相粒子），导致 核半径变小，形核率高，晶核数量多，铸坯等轴晶率提 Cˉ粒子击穿钝化膜后形成微观闭塞腐蚀电池，生成 高.二次枝晶间距与钢液凝固时的冷却速率相关，低 腐蚀孔洞. (a) (b) 图5常规工艺铸坯内部组织形貌.(a)混品区：(b)中心等轴品区 Fig.5 The solidification morphology of bloom in conventional process:(a)Mixed crystal area:(b)Center equiaxial crystal area

逯志方等: 过热度对轴承钢内部组织的影响 织的二次枝晶间距进行统计分析，各个统计区域约为 10 mm × 10 mm，统计 8 ～ 10 组不同树枝晶二次枝晶间 距，然后取平均值，激冷层、柱状晶区、混晶区、等轴晶 区二次枝晶间距如图 4 所示． 由图可知，二次枝晶间 距数值由铸坯边部到心部逐渐增大，低过热度工艺铸 坯除表面激冷层外，其余凝固组织二次枝晶间距与常 规工艺相比变小，中心等轴晶区二次枝晶间距减小约 0. 013 mm． 图 3 铸坯凝固组织统计 Fig． 3 Statistics on the solidification microstructure of bloom 图 4 铸坯二次枝晶间距统计 Fig． 4 Statistics on the secondry dendrite arm spacing 图 5 常规工艺铸坯内部组织形貌． ( a) 混晶区; ( b) 中心等轴晶区 Fig． 5 The solidification morphology of bloom in conventional process: ( a) Mixed crystal area; ( b) Center equiaxial crystal area 低过热度工艺，结晶器内钢水过冷度减小，临界形 核半径变小，形核率高，晶核数量多，铸坯等轴晶率提 高． 二次枝晶间距与钢液凝固时的冷却速率相关，低 过热度浇注，铸坯内部相对冷却速率增大，枝晶间距变 小，对于表面激冷层的特殊情况，可能与常规工艺铸坯 在结晶器内冷却强度较大有关． 为更直观地观察铸坯内部偏析、疏松、缩孔等冶金 缺陷的控制情况，对铸坯进行淬火 + 回火热处理，然后 硝酸酒精深腐蚀后观察特定区域内部组织． 两种工艺 铸坯混晶区、中心等轴晶区组织形貌如图 5 和图 6 所 示． 由图可知两种工艺铸坯内部均存在不同程度的偏 析，都有共晶碳化物、疏松、缩孔等内部缺陷，且混晶区 比中心等轴晶区偏析严重，存在大量的大颗粒共晶碳 化物． 两种工艺相比，低过热度工艺混晶区共晶碳化 物分布相对分散，中心等轴晶区疏松及缩孔相对较轻． 混晶区即为柱状晶向等轴晶转变的过度地带，铸坯凝 固过程中凝固前沿大量杂质及富集元素在混晶区凝 固，造成偏析严重，表现在盘条酸洗低倍上存在框型偏 析． 低过热度工艺中心等轴晶比例大，一定程度上改 善了偏析、缩孔等冶金缺陷． 2. 2 过热度对铸坯及盘条酸洗低倍组织的影响 对铸坯纵剖面及盘条横截面进行酸洗低倍检验， 在体积比 1∶ 1的盐酸水溶液 65 ～ 80 ℃ 温度下浸蚀 30 min，酸洗低倍形貌如图 7 和图 8 所示． 由铸坯纵剖酸洗低倍组织可以看出，常规工艺铸 坯中心部位存在一定程度的 V 型偏析，低过热度工艺 中心部位偏析有所改善，但两块铸坯内弧侧 1 /4 部位 均存在不同程度的压下裂纹，裂纹可能与凝固末端轻 压下工艺不匹配有关． 从盘条酸洗低倍照片结果来 看，两种工艺低倍组织差异不大，疏松严重，整个端面 发暗，布满大小不一的孔洞，且端面均存在一定程度的 框型偏析． 钢水低过热度浇注，铸坯中心区域等轴晶数量较 多，有利于抑制树枝晶间搭桥的产生及铸坯凝固末端 枝晶间富集钢液的不合理流动，改善了铸坯中心 V 型 偏析． 盘条酸洗后产生大量孔洞的原因尚不明确，可 能是盘条内部存在大量冶金缺陷( 第二相粒子) ，导致 Cl － 粒子击穿钝化膜后形成微观闭塞腐蚀电池，生成 腐蚀孔洞． · 74 ·

·48· 工程科学学报，第38卷，增刊1 a b 图6低过热度工艺铸坯内部组织形貌.(a)混品区：(b)中心等轴品区 Fig.6 The solidification morphology of bloom in low superheat process:(a)Mixed crystal area:(b)Center equiaxial crystal area (a) 图7铸坯纵剖面酸洗低倍组织.()常规工艺：(b)低过热度工艺 Fig.7 Macrostructure of the longitudinal profile:(a)The conventional process:(b)The low superheat process (a) 图8盘条酸洗低倍组织.()上部为常规工艺，下部为低过热度工艺试样照片：(b)低倍放大照片 Fig.8 Macrostructure of wire rod:(a)The upper is the conventional and the lower is the low superheat:(b)High magnifization picture 2.3过热度对盘条碳化物不均匀性的影响 及网状碳化物控制稍有改观，但没有本质的区别，在评 对两种工艺轧制的盘条进行碳化物不均匀性检 级级别上无法体现.带状碳化物是从奥氏体中析出二 验.碳化物带状与网状控制如图9和图10所示. 次碳化物，与铸坯枝晶间偏析的控制和后续的扩散工 由图可以看出，两种工艺盘条内部均没有发现液 艺相关，而网状碳化物的控制主要与偏析及控冷控轧 析碳化物，低过热度工艺与常规工艺相比，带状碳化物 工艺相关 (b) 2004m1 200um 图9碳化物带状组织.(a)常规工艺，带状级别2.0级：(b)低过热度工艺，带状级别2.0级 Fig.9 Zonal carbide:(a)Grade 2.0 in the conventional process:(b)Grade 2.0 in the low superheat process

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 图 6 低过热度工艺铸坯内部组织形貌 . ( a) 混晶区; ( b) 中心等轴晶区 Fig． 6 The solidification morphology of bloom in low superheat process: ( a) Mixed crystal area; ( b) Center equiaxial crystal area 图 7 铸坯纵剖面酸洗低倍组织． ( a) 常规工艺; ( b) 低过热度工艺 Fig． 7 Macrostructure of the longitudinal profile: ( a) The conventional process; ( b) The low superheat process 图 8 盘条酸洗低倍组织． ( a) 上部为常规工艺，下部为低过热度工艺试样照片; ( b) 低倍放大照片 Fig． 8 Macrostructure of wire rod: ( a) The upper is the conventional and the lower is the low superheat; ( b) High magnifization picture 2. 3 过热度对盘条碳化物不均匀性的影响 对两种工艺轧制的盘条进行碳化物不均匀性检 验． 碳化物带状与网状控制如图 9 和图 10 所示． 由图可以看出，两种工艺盘条内部均没有发现液 析碳化物，低过热度工艺与常规工艺相比，带状碳化物 及网状碳化物控制稍有改观，但没有本质的区别，在评 级级别上无法体现． 带状碳化物是从奥氏体中析出二 次碳化物，与铸坯枝晶间偏析的控制和后续的扩散工 艺相关，而网状碳化物的控制主要与偏析及控冷控轧 工艺相关． 图 9 碳化物带状组织． ( a) 常规工艺，带状级别 2. 0 级; ( b) 低过热度工艺，带状级别 2. 0 级 Fig． 9 Zonal carbide: ( a) Grade 2. 0 in the conventional process; ( b) Grade 2. 0 in the low superheat process · 84 ·

逯志方等：过热度对轴承钢内部组织的影响 ·49 图10碳化物网状组织.()常规工艺，网状级别2.5级：(b)低过热度工艺，网状级别2.5级 Fig.10 Network carbide:(a)Grade 2.5 in the conventional process:(b)Grade 2.5 in the low superheat process ScEd0,2007,30(4):346 3结论 (魏勇，倪红卫.轻压下技术在连铸中的应用及研究.武汉科技 (1)低过热度工艺激冷层与混晶区比例与常规工 大学学报：自然科学版，2007,30(4)：346) 艺差别不大，但中心等轴晶区比例明显提高，增加约 [4]Wang YT.Wei J.The technology of secondary cooling in contin- uous casting.Heavy Industrial Hoisting Machinery,2010,25 5.02%.二次枝晶间距数值由铸坯边部到心部逐渐增 (1):1 大，低过热度工艺铸坯除表面激冷层外，其余凝固组织 (王叶婷，魏江.连铸二次冷却技术.重工与起重技术，2010,25 二次枝晶间距变小，中心等轴晶区二次枝晶间距减小 (1):1) 约0.013mm. 5]Zhong SS,Wang C S.Bearing Steel.Beijing:Metallurgical In- (2)两种工艺铸坯内部均存在不同程度的偏析， dustry Press,2000 都有共晶碳化物、疏松、缩孔等内部缺陷，且混晶区比 (钟顺思，王昌生.轴承钢.北京：治金工业出版社，2000) [6]Jia D H,Liu C Q,Ma B T,et al.Influence of heating system on 中心等轴晶区偏析严重，存在大量的大颗粒共晶碳化 the carbide liquation and zonal of GCrl5 steel.Laigang Sci Techn- 物.两种工艺相比，低过热度工艺混晶区共晶碳化物 ol,2012,27(4):34 分布相对分散，中心等轴晶区疏松及缩孔相对较轻. (贾大海，刘超群，马丙涛，等.加热制度对GC15钢碳化物液 (3)常规工艺铸坯中心部位存在一定程度的V型 析和带状的影响.莱钢科技，2012(4)：34) 偏析，低过热度工艺中心部位偏析有所改善，但两块铸 7]Liu J,Han J T,Xi J L,et al.Study of temperature and carbide 坯内弧侧1/4部位均存在不同程度的压下裂纹.低过 solution-diffusion for GCr15 bearing steel.Heat Trea Met,2008, 33(10):87 热度工艺对盘条的酸洗低倍组织及碳化物不均匀性改 (刘靖，韩静涛，席军良，等.GC15轴承钢加热温度与碳化物 善不明显 的溶解扩散.金属热处理，2008,33(10)：87) Kim K,Oh K,Lee J.Quantitative relationship between degree of 参考文献 center segregation and large carbide size in continuously cast bloom of high carbion chromium bearing steel.ASTM Int,2010,7 (2): Koichi A.Study on solidification behaviour,solute segregation and 135 fluid flow in continuously cast slab.Tetsu-to-Hagane,1974,60 ]Kim K H,Park S D,Bae C M.New approach to the soaking con- (7):894 dition of 100Cr6 high-earbon chromium bearing steel.Met Mater (浅野钢一.连铸铁片内)凝固偏析现象上溶钢流动仁关系寸 1mt,2014,20(2):207 的研究.铁上钢，1974,60(7)：894) [10]Ota T,Okamoto K,Shiko S.Diffusion of massive carbides in 2]Wu X L,Wang F M,Huang X X,et al.Effect of Mould electro- bearing steels by soaking.Tetsu-o-Hagane,1966,52 (1):1851 magnetic stirring on segregation of medium-carbon steel.Steel- [11]Ozbayraktar S,Koursaris A.Effect of superheat on the solidifica- making,2005,21(5):21 tion structures of AISI 310S austenitic stainless steel.Metall Ma- (吴小林，王福明，黄晓星，等.结晶器电磁搅拌对中碳钢成分 ter Trans B,1996,27B(4):287 偏析的影响.炼钢，2005,21(5)：21) [12]Choudhary S K,Ganguly S.Morphology and segregation in con- Wei Y,Ni H W.The application and research of soft reduction tinuously cast high carbon steel billets.ISI/Int,2007,47(12): technology in continuous casting.J Wuhan Univ Sci Technol (Nat 1759

逯志方等: 过热度对轴承钢内部组织的影响 图 10 碳化物网状组织． ( a) 常规工艺，网状级别 2. 5 级; ( b) 低过热度工艺，网状级别 2. 5 级 Fig． 10 Network carbide: ( a) Grade 2. 5 in the conventional process; ( b) Grade 2. 5 in the low superheat process 3 结论 ( 1) 低过热度工艺激冷层与混晶区比例与常规工 艺差别不大，但中心等轴晶区比例明显提高，增加约 5. 02% ． 二次枝晶间距数值由铸坯边部到心部逐渐增 大，低过热度工艺铸坯除表面激冷层外，其余凝固组织 二次枝晶间距变小，中心等轴晶区二次枝晶间距减小 约 0. 013 mm． ( 2) 两种工艺铸坯内部均存在不同程度的偏析， 都有共晶碳化物、疏松、缩孔等内部缺陷，且混晶区比 中心等轴晶区偏析严重，存在大量的大颗粒共晶碳化 物． 两种工艺相比，低过热度工艺混晶区共晶碳化物 分布相对分散，中心等轴晶区疏松及缩孔相对较轻． ( 3) 常规工艺铸坯中心部位存在一定程度的 V 型 偏析，低过热度工艺中心部位偏析有所改善，但两块铸 坯内弧侧 1 /4 部位均存在不同程度的压下裂纹． 低过 热度工艺对盘条的酸洗低倍组织及碳化物不均匀性改 善不明显． 参 考 文 献 ［1］ Koichi A． Study on solidification behaviour，solute segregation and fluid flow in continuously cast slab． Tetsu-to-Hagane，1974，60 ( 7) : 894 ( 浅野钢一． 连铸铁片内の凝固偏析现象と溶钢流动に关系す め研究． 铁と钢，1974，60( 7) : 894) ［2］ Wu X L，Wang F M，Huang X X，et al． Effect of Mould electro￾magnetic stirring on segregation of medium- carbon steel． Steel￾making，2005，21( 5) : 21 ( 吴小林，王福明，黄晓星，等． 结晶器电磁搅拌对中碳钢成分 偏析的影响． 炼钢，2005，21( 5) : 21) ［3］ Wei Y，Ni H W． The application and research of soft reduction technology in continuous casting． J Wuhan Univ Sci Technol ( Nat Sci Ed) ，2007，30( 4) : 346 ( 魏勇，倪红卫． 轻压下技术在连铸中的应用及研究． 武汉科技 大学学报: 自然科学版，2007，30( 4) : 346) ［4］ Wang Y T，Wei J． The technology of secondary cooling in contin￾uous casting． Heavy Industrial ＆ Hoisting Machinery，2010，25 ( 1) : 1 ( 王叶婷，魏江． 连铸二次冷却技术． 重工与起重技术，2010，25 ( 1) : 1) ［5］ Zhong S S，Wang C S． Bearing Steel． Beijing: Metallurgical In￾dustry Press，2000 ( 钟顺思，王昌生． 轴承钢． 北京: 冶金工业出版社，2000) ［6］ Jia D H，Liu C Q，Ma B T，et al． Influence of heating system on the carbide liquation and zonal of GCr15 steel． Laigang Sci Techn￾ol，2012，27( 4) : 34 ( 贾大海，刘超群，马丙涛，等． 加热制度对 GCr15 钢碳化物液 析和带状的影响． 莱钢科技，2012( 4) : 34) ［7］ Liu J，Han J T，Xi J L，et al． Study of temperature and carbide solution-diffusion for GCr15 bearing steel． Heat Trea Met，2008， 33( 10) : 87 ( 刘靖，韩静涛，席军良，等． GCr15 轴承钢加热温度与碳化物 的溶解扩散． 金属热处理，2008，33( 10) : 87) ［8］ Kim K，Oh K，Lee J． Quantitative relationship between degree of center segregation and large carbide size in continuously cast bloom of high carbion chromium bearing steel． ASTM Int，2010，7( 2) : 135 ［9］ Kim K H，Park S D，Bae C M． New approach to the soaking con￾dition of 100Cr6 high-carbon chromium bearing steel． Met Mater Int，2014，20( 2) : 207 ［10］ Ota T，Okamoto K，Shiko S． Diffusion of massive carbides in bearing steels by soaking． Tetsu-to-Hagane，1966，52 ( 1) : 1851 ［11］ Ozbayraktar S，Koursaris A． Effect of superheat on the solidifica￾tion structures of AISI 310S austenitic stainless steel． Metall Ma￾ter Trans B，1996，27B ( 4) : 287 ［12］ Choudhary S K，Ganguly S． Morphology and segregation in con￾tinuously cast high carbon steel billets． ISIJ Int，2007，47( 12) : 1759 · 94 ·