轴承钢盘条冷镦套圈开裂原因分析及改进措施

       肖训军 （南京钢铁有限公司）
前言
某用户使用南钢18mm规格某批次轴承钢盘条GCr15-Y，中间经辊底式连续炉退火，连续退火炉为氮气保护真空锁气辊底式球化退火炉。
球化退火工艺流程为：来料检验→装框上进料台→进前真空室（抽空气充氮气）→由真空室进入预热区、升温区、保温区、快冷区、等温区、缓冷区、自由冷区（热装炉升温到795℃，保温7h，快速冷却到720℃，保温5h，以20℃／h冷却速度降至650℃出炉）→进入冷水仓→进后真空室→出料台。
退火料经过原料检验→酸洗→磷皂化→轻拉一道30丝→下料冷镦成毛坯套圈，肉眼可见套圈端面存在开裂现象，开裂比例在10%~15%之间，开裂位置不连续，裂缝位置沿盘条径向垂直于轧制延伸方向，如图1所示。

图一
用户反馈球化退火、拉丝、冷镦工艺正常，只有本批次轴承钢盘条冷镦套圈开裂比例超出10%，与原始盘条关系较大。
盘条生产工艺为：坯料抛丸、点磨处理→步进式加热炉加热（预热段700~750℃、加热一段930~960℃、加热二段1130~1160℃、均热段1200~1240℃，加热二段和均热段高温段时间60~100min。）→高压水除鳞→粗轧→中轧→预精轧→一区水冷→精轧→二区水冷→减定径→三区水冷→吐丝→斯泰尔摩风冷→集卷→精整→打捆→称重→入库。 1　开裂套圈样品分析 从开裂套圈样品中随机取4个样，其中2个套圈用作高、低倍检验和硬度分析，另外2个套圈用作碳化物不均匀性及断口检验、晶粒度分析。 1.1宏观检查 从套圈开裂样品中随机挑选1个，在体视显微镜下观察，套圈开裂宏观形貌如图2所示。

图二
1.2低倍检验 将其中一个套圈在热盐酸（浓度31%，温度70~80℃）中浸蚀8~10min后取出，宏观检查，发现套圈的正反两端面均存在多条裂纹正面如图3a所示，反面如图3b所示。

图三
将另一个套圈试样的一端面磨去2~3mm，并沿纵截面切除一部分，在热盐酸（浓度31%，温度70~80℃）中浸蚀8~10分钟后取出，按国标/GBT18254评定中心疏松和一般疏松均为1.0级，未见缩孔缺陷存在，形貌如图4所示。因此套圈端面开裂与原材料低倍组织无关。

图四
1.3高倍检验 1.3.1套圈裂纹退火态检验 在图2右侧端面两条裂纹处取样经打磨制备后，显微镜下观察纵截面，开裂的裂纹内及周围均未见夹杂物、氧化物存在，腐蚀后观察，裂纹两侧与基体显微组织一致，为铁素体基体上分布着球粒状珠光体，试样边缘与裂纹处均未见脱碳现象，如图5所示裂纹对面端面取样制备后观察，横截面上的裂纹两侧与基体显微组织一致，为铁素体基体上分布着球粒状珠光体，如图5所示。

图五
1.3.2碳化物不均匀检验 将一套圈经淬回火处理后，在显微镜下检验纵截面碳化物不均匀性，发现带状、网状形貌如图6所示，按国标GB/T18254评定为带状级，网状1.5级，未见碳化物液析存在，满足国标要求。因此套圈端面开裂与原材料碳化物均匀性无关。

图六
1.4套圈布氏硬度检验 沿套圈圆环方向随机进行布氏硬度检测，硬度较为均匀，平均硬度为290.8HB，未发现明显的高点或低点，检测数据如表1所示。

1.5套圈断口检验 一套圈经淬火处理后，一次击断，借助体视显微镜检验套圈纵截面断口组织，在宏观断口表面上有许多亮面，每个亮面都是一个晶粒的界面，断裂路径沿着不同位向的晶界延伸，为典型的沿晶脆性断裂，形貌如图7所示。 根据断裂能量消耗Z小原理，裂纹的扩展路径总是沿着原子键合力Z薄弱 发布时间:2020-08-24