本文针对国内某特殊钢棒材厂连铸连轧机改造后，轴承钢棒材交货状态网状碳化物大量析出的问题，通过实验室热模拟实验、热轧实验和不同冷却工艺控冷实验，对热轧GCr15轴承钢组织与性能进行了研究。重点分析了不同轧制工艺和冷却工艺参数对GCr15轴承钢过共析二次碳化物的析出和珠光体转变的影响，探讨了抑制网状二次碳化物析出得到细小珠光体组织的工艺方法。并在原有连轧生产线上增设超快速冷却系统，于终轧后进行超快速冷却工业实验和大批量工业化生产。
摘 要 1
1 绪论 1
1.1 轴承钢的质量控制 1
1.1.1非金属夹杂物水平 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 带状碳化物 3
1.1.2.3 网状碳化物 3
1.2 国内外轴承钢生产现状 4
1.2.1 国外轴承钢生产现状 4
1.2.2 国内轴承钢生产现状 5
1.3 控制轧制和控制冷却技术在轴承钢生产上的应用 7
1.3.1传统的控制轧制控制冷却理论 7
1.3.2 GCr15轴承钢网状碳化物析出理论 8
1.3.3 控制轧制和控制冷却技术在轴承钢生产上的应用 9
1.3.3.1 低温终轧 9
1.3.3.2 等温轧制工艺 10
1.3.3.3 控制轧制、控制冷却和在线球化退火工艺相结合 11
1.4 超快速冷却技术的研究现状和发展趋势 13
1.4.1 超快速冷却工艺特征 13
1.4.1.1 高速连轧的温度制度 13
1.4.1.2 精细控制的、均匀化的超快速冷却 14
1.4.2 超快速冷却工艺的应用 14
1.4.2.1 超快速冷却工艺在带钢生产中的应用 14
1.4.2.2 超快速冷却工艺在棒材生产中的应用 15
2 轴承钢连续冷却过程中相变研究 17
2.1 实验方法 17
2.1.1 实验材料与设备 17
2.1.2 实验方案的制定 19
2.2 实验结果与分析 20
2.2.1 不同变形量条件下CCT 曲线 20
2.2.2 不同工艺参数对二次碳化物析出的影响 21
2.2.2.1 冷却速度对二次碳化物析出的影响 22
2.2.2.2 变形量对二次碳化物析出的影响 27
2.2.2.3 变形温度对二次碳化物析出的影响 29
2.2.3 不同工艺参数对珠光体转变的影响 31
2.3小结 38
3 轴承钢高温变形后控冷工艺模拟 39
3.1 实验方法 39
3.1.1 实验材料与装置 39
3.1.2 实验方案 40
3.1.2.1 高温变形后快冷+等温工艺模拟 40
3.1.2.2 高温变形后快冷+缓冷工艺模拟 40
3.2实验结果 41
3.2.1 快冷+等温条件下等温时间对相变的影响 41
3.2.2 等温温度对相变的影响 43
3.2.3 快冷冷却速度对等温转变的影响 45
3.2.4 快冷+缓冷工艺中缓冷冷却速度对相变的影响 46
3.3 分析与讨论 48
3.3.1 分段冷却过程中二次碳化物的形成 48
3.3.2 分段冷却条件下的珠光体转变 51
3.4小结 52
4 高温终轧后轴承钢新型冷却工艺实验 54
4.1 实验方法 54
4.1.1 实验材料与设备 54
4.1.2 实验方案 55
4.2 实验结果与分析 56
4.2.1 工艺参数与性能 56
4.2.2热轧并冷却到室温后显微组织分析 57
4.2.2.1 冷却速度对显微组织影响 58
4.2.2.2 超快速冷却终冷温度对显微组织影响 60
4.2.2.3 板材断面不同位置显微组织特征 63
4.2.3 球化退火后组织分析 64
4.3 珠光体球化及抑制机理 66
4.3.1 片状珠光体球化机理 66
4.3.2 通过超快速冷却得到抑制网状碳化物析的细小珠光体组织原理 67
4.4小结 68
5 不同断面轴承钢棒材超快速冷却过程温度场模拟 69
5.1 实验材料与方法 69
5.2求解温度场的基本原理 70
5.2.1 传热过程基本方程 70
5.2.2 定解条件 71
5.2.3 有限单元法求解温度场原理 72
5.3 ANSYS求解温度场过程 73
5.3.1 有限元基本模型的建立 73
5.3.2 材料属性和定解条件的确定 74
5.3.2.1 材料属性 74
5.3.2.2 初始条件和边界条件 74
5.3.3 有限元模拟流程 75
5.4 轴承钢棒材超快速冷却结果与分析 76
5.4.1 Φ30mm棒材超快速冷却结果分析 77
5.4.2 Φ40mm棒材超快速冷却结果分析 79
5.4.3 Φ60mm棒材超快速冷却结果分析 81
5.4.3.1 一次超快速冷却后结果分析 81
5.4.3.2 二次分段超快速冷却后结果分析 82
5.5 讨论 85
5.5.1 轴承钢棒材超快速冷却工艺条件下的组织演变 85
5.5.2 轴承钢棒材断面不同位置冷却规律 86
5.6 小结 87
6 轴承钢快速冷却系统温度模型与自动化系统的实现 89
6.1轴承钢超快速冷却数学模型 89
6.1.1温降差分模型 89
6.1.2空冷换热系数模型 90
6.1.3水冷换热系数模型 90
6.1.4温度滤波方法 90
6.2过程控制系统开发 91
7 轴承钢棒材超快速冷却工业化生产 94
7.1 化学成分和超快速冷却生产工艺流程 94
7.1.1 化学成分 94
7.1.2 超快速冷却生产设备 95
7.1.3 超快速冷却工艺参数 96
7.2 组织性能检测结果 97
7.2.1 Ф30mm轴承钢棒材工业试验的组织性能分析 97
7.2.2 Ф40mm轴承钢棒材工业试验的组织性能分析 100
7.2.3 Ф60mm轴承钢棒材工业试验的组织性能分析 101
7.2.4 Ф60mm轴承钢棒材工业批量化生产的组织性能分析 103
7.3小结 104
参考文献 105
致 谢 112
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