Φ16 mm GCr15轴承钢棒材KOCKS轧机热连轧工艺数值模拟和分析

GCr15钢管生产工艺要点与理论分析滚动轴承应用于国民经济的各个领域，是工农业不可缺少的零部件。

轴承厂用无缝钢管生产滚动轴承的轴承套圈，我国是在20世纪50年后期开始，逐步的掌握了轴承套圈的生产工艺并投入生产。

本文概要分析生产要点、关键参数及热处理工艺制度。

标签：GCr15 滚动轴承工艺要点关键参数热处理1 概述无缝钢管为原料生产轴承套圈是上世纪50年代后期，1953年鞍钢三大工程之一，鞍钢无缝厂-Φ140自动轧管机组（苏联援建）投产，当时在我国是先进、唯一的无缝钢管厂家。

由于建国后大规模经济建设，钢管需求量极大，远远满足不了市场需求。

作为当时急需的航空机构管、石油用管、枪炮军用及一般结构管都是这套Φ140机组来生产。

由于轴承钢工艺要求特殊，热处理复杂，受设备所限，在1955年后，轴承钢管生产量较少，主要用于军工等要害部门。

鉴于轴承钢管产量低、周期长、工艺复杂、热处理设备要求高等特点，至今鞍钢已经不再生产轴承钢管。

1956年后，成都钢管厂建成Φ216、Φ318周期轧管机，包钢Φ400，到1958年全国建成40余套Φ76小型无缝机组，80年衡阳建成Φ108三辊穿轧机组，随后大冶（黄石）、天津Φ250等大型国有企业相继建成投产，为我国无缝钢管蓬勃发展打下基础。

2 GCr15钢的特点及冶炼要求滚铬15钢（GCr15）至今为国内外公认的标准牌号轴承钢，为什么常用不衰呢？我们可从它的牌号和化学成份中得到答案，见下表1从表1看出：它含碳量在1%左右，含Cr量在1.5%左右，含P.S量≤0.025（属于优质钢），所以GCr15钢准确说叫高碳低合金优质铬钢。

其特点：①用高碳（1%）增加硬度和耐磨性；②用铬（1.5%）增加强度和耐腐蚀性；③加热时要防止脱碳：钢管内、外表面每边总脱碳层深度应符合高碳铬轴承钢标准（GB/18254-2002）见表2。

④非金属夹杂物和碳化物不均性等要求应符合GB/T18254-2002的规定。

轴承钢热处理工艺参数时间：2010-06-14 08:59:46 来源：机械社区作者：时间：2010-04-19 16:29:25 来源：中国金属加工在线作者：轴承钢是质量要求很严格的钢类。

目前对轴承钢提出的要求有：用户免加工和检查、提高质量、规格细化和提高尺寸精度等，而且，对这些要求的重要程度越来越高。

为满足这些要求，JFE制钢使用了各种保证产品质量和进行精加工的设备生产轴承钢。

这些设备与新开发的提高质量的技术相结合，可以生产尺寸围宽、质量高、附加值高的热处理和热轧轴承钢。

JFE轴承钢制造技术的特点是：1）表面质量精细加工和质量检查体系用对钢坯进行火焰清理和将连铸坯轧制成小型圆坯的方法，均匀去除表面瑕疵、皮下夹杂物和脱碳层。

对质量要求特别高的材料，实施钢坯扒皮作业高度清除缺陷。

为保证小型圆坯的表面质量，用自动涡流探伤仪和磁粉探伤仪进行检查；对部缺陷，用圆坯全断面超声波探伤仪检测部孔隙和夹杂物。

2）轴承钢的精细制造技术和质量保证在线材-棒材厂，在棒材轧制线上增设线材轧制线，进行联合轧制。

对棒材和线材都采用4辊精轧机进行精轧，棒钢的尺寸精度在0.01mm以下，用户可以省略扒皮和拉拔加工。

对线材可进行自由尺寸轧制，并可以生产Φ4.2mm的小尺寸线材。

由于把线材已经轧制到锻造的尺寸，所以用户可以省略拔丝、热处理和表面处理工序。

3）提高钢的洁净度近年来，JFE制钢为了提高钢的洁净度，采用了PERM（加减压精炼）、LF（炉外精炼炉）对钢的生产工艺进行了改进。

PERM法是在转炉冶炼时，使氮、氢等气体溶解在钢中，然后，用RH炉（真空脱气）迅速减压，使钢中产生气体，利用这种气体捕捉并排除钢液中的夹杂物。

JFE制钢还在2008年新建LF炉，大大提高了夹杂物的去除能力。

采用上述工艺和设备的效果是：与原有工艺相比，夹杂物个数预测指数减少34%、夹杂物最大直径指数减少29%、夹杂物最大直径指数分布的标准偏差减少了73%。

GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。

钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。

热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。

关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。

缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。

图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。

常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。

轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。

当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。

为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。

滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。

在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。

力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。

在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。

滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。

滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。

在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。

浅谈GCr15轴承钢质量问题及对策目前的轴承钢中产量最大的钢种当属GCr15这种高碳铬轴承钢，轴承钢在应用中多运用在强冲击荷载以及交变荷载这种环境下，可见轴承钢需要具备的钢种功能。

这种环境要求轴承钢的硬度以及高接触疲劳强度都能够表现良好的性质，并且对于轴承钢的韧性和淬透性具有品质要求。

当前对于轴承钢生产采用的工艺比较传统，一般是利用连铸技术，对比模铸技术，连铸产品的表面质量更优秀，并且连铸的产品成材率与成本相比更优异。

高碳铬轴承钢在其中心碳偏析的要求非常严格，所以模铸仍然很重要。

轴承钢GCr15圆钢（直径28～70mm），此钢种在进行顶锻、低倍检验的时候，钢材截面或表面常常会检测出裂纹，这对钢材的应用具有严重的影响。

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等先进设备对轴承钢GCr15圆钢进行金相显微组织分析，能够采集GCr15轴承钢金相组织图片，进一步展开膨胀、腐蚀情况、重构、灰度化处理，使裂纹图片更加清晰，测量更加准确，并且能够提取钢材中的碳化物颗粒，通过种种数据计算钢材中碳化物所占的比例，分析碳化物的不均匀情况，同时又能对裂纹的尺寸、内部形貌、内部夹杂进一步研究，进而评定出轴承钢GCr15圆钢的顶锻、低倍出现裂纹的原因，综合质量检验分析得出轴承钢GCr15圆钢的综合力学性能。

轴承钢GCr15圆钢在进行顶锻和低倍检验的时候，出现裂纹的研究与轴承钢GCr15化学成分关系密切。

切割轴承钢裂纹试样，对裂纹试样进行热镶嵌，再使用磨抛机进行磨制加工，随后抛光处理，然后使用扫描电镜观察存在裂纹缺陷的平面、横截面，通过仪器设备分析裂纹内部的能谱成分，使用能谱能够分析出裂纹处以及周边区域相关数据，最后使用4%的硝酸酒精进行腐蚀处理，处理后使用金相显微镜对裂纹及周边再次进行关于组织变化的观察。

1 轴承钢GCr15圆钢处理观察过程裂纹呈现出弯曲的状态，测量得出其宽度大约为15μm，放大了裂纹图像后，可以观察到主要裂纹旁边存在很多细微的树枝状分支裂纹，并且这些裂纹具有孔洞的特性。

GCr15轴承钢热处理过程中碳化物的析出与演变行为马超;罗海文【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)006【摘要】采用定量金相的方法研究GCr15轴承钢在球化退火、奥氏体化淬火、低温回火等不同热处理工序后其碳化物的演变行为,通过ThermoCalc软件进行数值模拟计算分析碳化物尺寸和成分对其在奥氏体化时固溶动力学的影响.结果表明:球化退火处理后形成的碳化物粒子尺寸呈多峰分布,奥氏体化和回火后的碳化物粒子尺寸分布为单峰分布,奥氏体化后碳化物中Cr含量略有增加;Cr含量高的碳化物粒子具有较大尺寸;球化退火形成的碳化物在奥氏体化时大量固溶形成了富碳奥氏体,淬火后转变为高碳马氏体并导致高硬度;奥氏体化时碳化物固溶发生Cr的配分导致碳化物中Cr含量增加;直径200nm的碳化物即使其Cr含量接近基体成分,也不能在奥氏体化热处理时完全固溶,未溶的碳化物颗粒将影响后续回火过程的碳化物析出.【总页数】7页(P97-103)【作者】马超;罗海文【作者单位】北京科技大学冶金与生态工程学院,北京 100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TG142.1【相关文献】1.Fe-12.4Cr-0.13C合金高温时效过程中碳化物的析出行为研究 [J], 卢丽;朱娜琼;何燕霖;李麟2.终轧温度对GCr15轴承钢网状碳化物析出的影响 [J], 杨洪波;朱伏先;马宝国;刘相华3.Fe-15Mn-10Al-0.3C钢升温过程中κ-碳化物的析出行为研究 [J], 倪呈军;刘营凯;王白冰;祖武杰;史文4.45Cr9Si3气阀钢电渣锭、轧制及退火过程中碳化物析出行为 [J], 刘东风;郭靖;郭汉杰;杨文晟;段生朝5.K465合金在冷热循环过程中碳化物的析出行为 [J], 杨金侠;郑启;孙晓峰;张承忠;管恒荣;胡壮麒因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

热处理工艺课程设计说明书课程名称：金属热处理工艺学设计题目：GCr15轴承钢的热处理工艺设计院系：机械工程学院班级：材料成型及控制工程 XXXX 学号： 0 9 1 1 0 1 1 00学生姓名： idealwang指导教师：黄老师热处理工艺课程设计任务书目录1 热处理工艺课程设计的目的 --------------------42 零件的技术要求及选材 ------------------------4 2.1工作条件和技术要求 -------------------------4 2.2材料的选择 ---------------------------------52.3化学成分及合金元素的作用 -------------------63 热处理工艺课程设计的内容及步骤 ---------------7 3.1相变点的确定 ----------------------------------7 3.2热处理工艺 ----------------------------------8 3.2.1工艺流程-------------------------8 3.2.2热处理工艺参数的制定-------------10 3.2.3处理工艺卡片填写---------------------12 3.2.4作过程中的注意事项 ------------------------------12 3.3家具的设计或者选用及零件的摆布------------------------13 3.4热处理设备的选择-----------------------16 3.5组织特点和性能的分析 ------------------------------16 4总结---------------------------------------------215 收获和体会 ---------------------------------236 参考文献 -----------------------------------237 附表 1 热处理工艺卡 -------------------------25§1 热处理工艺课程设计的目的热处理工艺课程设计是高等学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。

工艺课程设计〔论文〕题目：GCr15轴承钢热处理工艺设计院〔系〕：专业班级：学号：学生某某：指导教师：起止时间：课程设计〔论文〕任务与评语目录1 GCr15轴承钢热处理概述12 GCr15轴承钢热处理工艺设计2GCr15轴承钢的服役条件、失效形式与性能要求22.1.1 服役条件、失效形式22.1.2 性能要求222.3 GCr15钢的C曲线3GCr15轴承钢的热处理工艺设计32.4.1 GCr15轴承钢的工艺流程42.4.2 GCr15轴承钢的热处理工艺设计52.5 GCr15轴承钢的热处理工艺理论根底、原如此62.5.1 GCr15轴承钢的球化退火工艺理论根底、原如此62.5.2 GCr15轴承钢淬火工艺原理72.5.3 GCr15轴承钢回火工艺理论根底、原如此102.6选择设备、仪表和工夹具111113142.7 GCr15轴承钢热处理质量检验项目、内容与要求142.8 GCr15轴承钢热处理常见缺陷的预防与补救方法15152.8.2淬火、回火缺陷与预防、补救16172.9.1GCr15轴承钢球化退火工艺卡182.9.2GCr15轴承钢淬火工艺卡192.9.3GCr15轴承钢回火工艺卡203.参考文献221 GCr15轴承钢热处理概述对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷和非金属夹杂物的含量和分布，因为非金属夹杂物的含量和分布对轴承钢的寿命影响很大。

对轴承钢的根本质量要求就是纯净和组织均匀。

纯净就是杂质元素与非金属杂物要少，组织均匀是钢中碳化物要细小，分布要均匀。

夹杂物量愈高，寿命就越短。

为了满足这些性能的要求，常常采用高碳铬轴承钢(GCr15 )经退火、淬火加低温回火的热处理工艺，为了改善冶炼质量，近来已采用电炉冶炼并经电渣重熔，亦可采用真空冶炼，真空自耗精炼等新工艺来提高轴承钢的质量。

高碳铬轴承钢的含碳质量分数比拟高，一次预备热处理是球化退火，主要目的是为了降低硬度，改善切削加工性，同时获得均匀分布的细粒状珠光体，为最终热处理做好组织上的准备。

大棒材热轧工艺的数值模拟随着经济的飞速发展和人们对品质的不断追求，大棒材热轧工艺在现代工业中起着越来越重要的作用。

而数值模拟则是优化大棒材热轧工艺的重要手段之一。

本文将介绍大棒材热轧工艺的数值模拟。

一、大棒材热轧工艺的基本情况大棒材是常用的钢材产品之一，应用广泛。

大棒材热轧工艺指的是将钢坯通过连续轧机进行加工，使其变形成为规定形状的钢材产品。

该加工过程需要高温高压，同时还需要对加工参数进行精确控制，从而使得最终的钢材产品符合规定的标准。

大棒材的热轧工艺一般可分为三个阶段：初轧、中轧和精轧。

其中初轧阶段是将加热后的钢坯进行初步加工，此时钢坯已经被加热至膨胀状态，因此此阶段的加工需要控制好加热温度和轧制速度。

中轧阶段则需要进一步加工，此时钢坯的温度和塑性都较高，可进行更大程度的变形，但同时也需要保证轧制速度和加热温度的平衡。

精轧阶段是将已经经过初轧和中轧的钢坯进行进一步的加工，此时钢坯的温度已经下降，但依然需要保证加工参数的精确定位。

二、大棒材热轧工艺的数值模拟大棒材热轧工艺的数值模拟指的是通过数值方法对大棒材热轧过程进行模拟和分析，从而优化加工参数，提高产品质量和生产效益的一种方法。

其具有以下几个优点：1、可模拟多种不同情况下的加工效果通过数值模拟方法，可以模拟不同加工参数下的钢材加工效果。

这些参数包括钢坯的加热温度、轧制速度、轧制力、模具几何形状等等。

模拟结果可以帮助工程师了解每个参数对加工质量的影响，从而优化加工方案。

2、可提高生产效率通过数值模拟方法，可以根据模拟结果来优化加工参数，降低产品的废品率，提高生产效率。

这样可以帮助企业减少损失，提高生产效益。

3、可降低人为干预在传统的加工过程中，需要大量的人为干预，以调整加工参数，从而达到理想的加工效果。

而数值模拟方法则可以帮助减少或消除这些干预，从而提高加工的精度和稳定性。

4、可节约成本数值模拟方法可以帮助企业节约成本，减少试错次数，提高生产效率，降低废品率，从而改善企业的经济效益。

KOCKS轧机成品波浪弯曲分析及改善
王一谦;王文虎;高洁
【期刊名称】《包钢科技》
【年(卷),期】2022(48)4
【摘要】通过对KOCKS轧机轧辊辊环与法兰盘的相对运动、机芯经过CAPAS系统检测分级和C模块传动轴振动检测规律进行分析,探讨轧机设备故障对产品质量的影响及改进措施。

结果表明,规格Φ19 mm以上棒材弯曲为轧机工况恶化产生,对轧机轴套、法兰盘进行维护可以有效改善成品波浪弯;规格Φ19 mm以下棒材弯曲为轧机振动产生,通过对轧机机芯、传动系统维修可以明显改善成品弯曲,传动轴滚动轴承强度决定了轧辊轴向窜动,影响轧机震动,使用高质量滚动轴可承明显改善成品轧材波浪弯曲。

【总页数】4页(P22-25)
【作者】王一谦;王文虎;高洁
【作者单位】中天钢铁集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG335.62
【相关文献】
1.热连轧精轧机组轧机刚度分析与改善
2.Φ16 mm GCr15轴承钢棒材KOCKS轧机热连轧工艺数值模拟和分析
3.螺纹钢成品波浪弯成因分析与优化改进
4.KOCKS 轧机高速钢辊环开裂原因分析
5.KOCKS轧机保护罩故障分析及处理方法
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

GCr15轴承钢热轧盘条异常组织分析黄永建;孙晓明;宋振武;李俊慧;张海超【期刊名称】《河北冶金》【年(卷),期】2024()1【摘要】采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针微区分析技术(EPMA)对GCr15轴承钢盘条内部异常组织的分布情况、微观形貌和元素成分进行了分析。

利用Gleeble热模拟试验研究了一定冷却速度条件下,Cr元素含量变化对试验钢冷却后室温组织组成的影响,分析了轴承钢盘条中异常组织的形成原因。

研究发现,GCr15轴承钢盘条显微组织中出现的异常组织为马氏体,异常马氏体组织中Cr元素含量与盘条正常组织中Cr元素含量存在明显差异。

EPMA测得的异常组织中Cr元素含量均在2.1 wt%以上,而正常组织中Cr元素含量约为1.4 wt%。

在3℃/s的冷却速率条件下,盘条中Cr元素含量为1.5 wt%、2.0 wt%和2.5 wt%时,冷却后组织中马氏体含量分别为0、13%和42%,说明Cr含量的增加会促进钢中马氏体组织的生成。

遗传自铸坯的Cr元素偏析是造成热轧盘条冷却后显微组织中出现马氏体的根本原因。

【总页数】6页(P26-31)【作者】黄永建;孙晓明;宋振武;李俊慧;张海超【作者单位】河钢集团石钢公司;河钢集团有限公司;北京科技大学钢铁共性技术协同创新【正文语种】中文【中图分类】TG142.1【相关文献】1.GCr15轴承钢盘条孔洞缺陷分析及改善2.降低GCr15轴承钢盘条液析级别理论分析和实践3.ER50-6热轧盘条异常显微组织分析4.82B高碳钢热轧盘条心部异常组织分析及改善措施5.SWRH82B热轧盘条心部异常网状渗碳体组织分析及改善措施因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

GCr15轴承钢棒线材热连轧过程微观组织演化的数值模拟的开题报告摘要：本文针对GCr15轴承钢棒线材的热连轧过程中微观组织演化进行数值模拟研究，利用有限元方法建立了热连轧的数值模型，考虑了材料非线性、热力学非平衡以及物理变形等因素对微观组织演化的影响，通过对不同参数和条件下的模拟计算，分析了其对材料组织结构、力学性能及热处理性能的影响，并与实验结果进行了对比分析，验证了模型的正确性和可靠性。

该研究对于优化热连轧过程参数、提高轴承钢材料的性能具有重要意义。

关键词：轴承钢；热连轧；微观组织演化；数值模拟；有限元法1. 研究背景和意义轴承钢作为一种重要的机械结构材料，在工业领域中有着广泛的应用，其性能的优劣对于机械设备的使用寿命和安全性起着决定性的作用。

热轧和冷轧是轴承钢最常见的成形和加工方法，但均存在一定的不足，如热轧易产生辊印、坯面质差等缺陷，而冷轧则容易产生裂纹、变形不易等问题。

热连轧作为一种钢材成形技术，兼有热轧和冷轧的优点，已经成为轴承钢制造领域的重要技术之一。

热连轧技术能够通过精密的轧制工艺来控制轧制温度、送辊速度、辊间间隙等参数，从而获得优良的加工性能和更好的材料品质。

但在热连轧过程中，轧制过程中高温和大应变率的作用会导致材料的微观组织和力学性质的改变，进而影响材料的功能和使用寿命。

因此，研究热连轧过程中材料的微观组织演化规律，优化轧制工艺参数，提高轴承钢材料的性能，对于轴承钢的发展和应用具有十分重要的意义。

2. 研究内容和方法本文主要研究GCr15轴承钢棒线材的热连轧过程中微观组织演化的数值模拟，利用有限元方法建立了热连轧的数值模型，考虑了材料非线性、热力学非平衡以及物理变形等因素对微观组织演化的影响。

需要考虑的因素包括轧制温度、送辊速度、辊间间隙等轧制参数，以及初始材料的宏观形态、晶体取向和合金元素分布等微观因素。

具体的研究步骤包括：1）确定材料的宏观形态、宏观力学参数、形位参数及物理力学参数等；2）建立轧制过程的数学模型，并在有限元软件上实现模拟计算；3）考虑材料的微观组织演化规律，采用晶体塑性学理论和变形材料学等方法，建立微观组织演化的动力学模型；4）通过数值模拟计算，分析材料的力学性能、热处理性能以及轧制过程中微观组织演化的规律和影响因素；5）与实验结果进行对比分析，验证模型的正确性和可靠性。