本文針對國內(nèi)某特殊鋼棒材廠連鑄連軋機改造后，軸承鋼棒材交貨狀態(tài)網(wǎng)狀碳化物大量析出的問題，通過實驗室熱模擬實驗、熱軋實驗和不同冷卻工藝控冷實驗，對熱軋GCr15軸承鋼組織與性能進行了研究。重點分析了不同軋制工藝和冷卻工藝參數(shù)對GCr15軸承鋼過共析二次碳化物的析出和珠光體轉(zhuǎn)變的影響，探討了抑制網(wǎng)狀二次碳化物析出得到細小珠光體組織的工藝方法。并在原有連軋生產(chǎn)線上增設(shè)超快速冷卻系統(tǒng)，于終軋后進行超快速冷卻工業(yè)實驗和大批量工業(yè)化生產(chǎn)。
摘 要 1
1 緒論 1
1.1 軸承鋼的質(zhì)量控制 1
1.1.1非金屬夾雜物水平 1
1.1.2 碳化物的控制 2
1.1.2.1 液析碳化物 2
1.1.2.2 帶狀碳化物 3
1.1.2.3 網(wǎng)狀碳化物 3
1.2 國內(nèi)外軸承鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀 4
1.2.1 國外軸承鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀 4
1.2.2 國內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀 5
1.3 控制軋制和控制冷卻技術(shù)在軸承鋼生產(chǎn)上的應(yīng)用 7
1.3.1傳統(tǒng)的控制軋制控制冷卻理論 7
1.3.2 GCr15軸承鋼網(wǎng)狀碳化物析出理論 8
1.3.3 控制軋制和控制冷卻技術(shù)在軸承鋼生產(chǎn)上的應(yīng)用 9
1.3.3.1 低溫終軋 9
1.3.3.2 等溫軋制工藝 10
1.3.3.3 控制軋制、控制冷卻和在線球化退火工藝相結(jié)合 11
1.4 超快速冷卻技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 13
1.4.1 超快速冷卻工藝特征 13
1.4.1.1 高速連軋的溫度制度 13
1.4.1.2 精細控制的、均勻化的超快速冷卻 14
1.4.2 超快速冷卻工藝的應(yīng)用 14
1.4.2.1 超快速冷卻工藝在帶鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用 14
1.4.2.2 超快速冷卻工藝在棒材生產(chǎn)中的應(yīng)用 15
2 軸承鋼連續(xù)冷卻過程中相變研究 17
2.1 實驗方法 17
2.1.1 實驗材料與設(shè)備 17
2.1.2 實驗方案的制定 19
2.2 實驗結(jié)果與分析 20
2.2.1 不同變形量條件下CCT 曲線 20
2.2.2 不同工藝參數(shù)對二次碳化物析出的影響 21
2.2.2.1 冷卻速度對二次碳化物析出的影響 22
2.2.2.2 變形量對二次碳化物析出的影響 27
2.2.2.3 變形溫度對二次碳化物析出的影響 29
2.2.3 不同工藝參數(shù)對珠光體轉(zhuǎn)變的影響 31
2.3小結(jié) 38
3 軸承鋼高溫變形后控冷工藝模擬 39
3.1 實驗方法 39
3.1.1 實驗材料與裝置 39
3.1.2 實驗方案 40
3.1.2.1 高溫變形后快冷+等溫工藝模擬 40
3.1.2.2 高溫變形后快冷+緩冷工藝模擬 40
3.2實驗結(jié)果 41
3.2.1 快冷+等溫條件下等溫時間對相變的影響 41
3.2.2 等溫溫度對相變的影響 43
3.2.3 快冷冷卻速度對等溫轉(zhuǎn)變的影響 45
3.2.4 快冷+緩冷工藝中緩冷冷卻速度對相變的影響 46
3.3 分析與討論 48
3.3.1 分段冷卻過程中二次碳化物的形成 48
3.3.2 分段冷卻條件下的珠光體轉(zhuǎn)變 51
3.4小結(jié) 52
4 高溫終軋后軸承鋼新型冷卻工藝實驗 54
4.1 實驗方法 54
4.1.1 實驗材料與設(shè)備 54
4.1.2 實驗方案 55
4.2 實驗結(jié)果與分析 56
4.2.1 工藝參數(shù)與性能 56
4.2.2熱軋并冷卻到室溫后顯微組織分析 57
4.2.2.1 冷卻速度對顯微組織影響 58
4.2.2.2 超快速冷卻終冷溫度對顯微組織影響 60
4.2.2.3 板材斷面不同位置顯微組織特征 63
4.2.3 球化退火后組織分析 64
4.3 珠光體球化及抑制機理 66
4.3.1 片狀珠光體球化機理 66
4.3.2 通過超快速冷卻得到抑制網(wǎng)狀碳化物析的細小珠光體組織原理 67
4.4小結(jié) 68
5 不同斷面軸承鋼棒材超快速冷卻過程溫度場模擬 69
5.1 實驗材料與方法 69
5.2求解溫度場的基本原理 70
5.2.1 傳熱過程基本方程 70
5.2.2 定解條件 71
5.2.3 有限單元法求解溫度場原理 72
5.3 ANSYS求解溫度場過程 73
5.3.1 有限元基本模型的建立 73
5.3.2 材料屬性和定解條件的確定 74
5.3.2.1 材料屬性 74
5.3.2.2 初始條件和邊界條件 74
5.3.3 有限元模擬流程 75
5.4 軸承鋼棒材超快速冷卻結(jié)果與分析 76
5.4.1 Φ30mm棒材超快速冷卻結(jié)果分析 77
5.4.2 Φ40mm棒材超快速冷卻結(jié)果分析 79
5.4.3 Φ60mm棒材超快速冷卻結(jié)果分析 81
5.4.3.1 一次超快速冷卻后結(jié)果分析 81
5.4.3.2 二次分段超快速冷卻后結(jié)果分析 82
5.5 討論 85
5.5.1 軸承鋼棒材超快速冷卻工藝條件下的組織演變 85
5.5.2 軸承鋼棒材斷面不同位置冷卻規(guī)律 86
5.6 小結(jié) 87
6 軸承鋼快速冷卻系統(tǒng)溫度模型與自動化系統(tǒng)的實現(xiàn) 89
6.1軸承鋼超快速冷卻數(shù)學(xué)模型 89
6.1.1溫降差分模型 89
6.1.2空冷換熱系數(shù)模型 90
6.1.3水冷換熱系數(shù)模型 90
6.1.4溫度濾波方法 90
6.2過程控制系統(tǒng)開發(fā) 91
7 軸承鋼棒材超快速冷卻工業(yè)化生產(chǎn) 94
7.1 化學(xué)成分和超快速冷卻生產(chǎn)工藝流程 94
7.1.1 化學(xué)成分 94
7.1.2 超快速冷卻生產(chǎn)設(shè)備 95
7.1.3 超快速冷卻工藝參數(shù) 96
7.2 組織性能檢測結(jié)果 97
7.2.1 Ф30mm軸承鋼棒材工業(yè)試驗的組織性能分析 97
7.2.2 Ф40mm軸承鋼棒材工業(yè)試驗的組織性能分析 100
7.2.3 Ф60mm軸承鋼棒材工業(yè)試驗的組織性能分析 101
7.2.4 Ф60mm軸承鋼棒材工業(yè)批量化生產(chǎn)的組織性能分析 103
7.3小結(jié) 104
參考文獻 105
致 謝 112
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