于志敏

（瓦房店軸承集團有限責任公司）

在對連鑄GCr15鋼原材料進行低倍組織檢驗時，經常發現個別爐號鋼材存在嚴重的中心偏析現象，而這種偏析現象在GB/T18254-2002《高碳鉻軸承鋼》標準中無對應的評級圖片，現有不同鋼廠提供的φ55mm和φ60mm熱軋狀態的鋼材存在的這種缺陷，故整理這種缺陷的表現形式以供同行探討。

1　中心偏析的低倍組織表現形式

按GB/T18254-2002《高碳鉻軸承鋼》標準要求，從圓形鋼材的一端截取料段，加工成10mm~15mm厚的低倍試樣，將試樣放入50%（質量分數）工業鹽酸水溶液中加熱至70~80℃并保溫30分鐘，在低倍試片的中心部位出現顏色較深的斑點，圓形斑點直徑約為3mm，直線形斑點長度約為5mm，有明顯的邊界，因斑點處沒形成孔洞，不能判定為縮孔，與呈點狀分散分布的中心疏松也無法對應，如圖1所示：

圖1　低倍檢驗試片中心顏色較深的斑點

2　中心偏析的化學成分分析

對存在中心偏析的低倍試片縱向剖開，采用ARL4460直讀光譜儀在試樣的縱向面上檢測化學成分，具體數據見表1。

二個試樣心部以外區域化學成分符合標準要求，1、2號試樣心部的C、Cr元素含量明顯高于非心部區域，且超出標準要求，表明心部存在嚴重的成分偏析。

3　中心偏析的高倍組織表現形式

在試樣的縱向截面上，采用4%硝酸酒精溶液腐蝕，肉眼可見心部有顏色不同的成分偏析帶，采用Leica金相顯微鏡檢驗，二個試樣的偏析帶區域顯微組織由粗網狀碳化物、索氏體和針狀碳化物組成，晶粒粗大，具有魏氏組織的典型特征，偏析帶區域以外的組織為正常索氏體，無網狀碳化物和針狀碳化物，晶粒明顯小于心部的偏析帶區域。

圖2

圖3　心部魏氏體組織與正常組織分界明顯

采用箱式爐對試樣進行淬火處理，淬火溫度為835℃，按試樣每毫米厚度保溫1.5分鐘確定保溫時間，油冷后150℃回火1小時，再在試樣縱向面上檢驗偏析區組織，經4%硝酸酒精溶液深腐蝕后，可看到二個試樣心部的網狀碳化物和針狀碳化物沒能消除。

圖4　1號試樣心部

基體上存在網狀碳化物和針狀碳化物

圖5　2號試樣心部

基體上存在網狀碳化物，針狀碳化物和不規則的孔洞

4　形成原因探討

鋼液在凝固形成連鑄鋼坯的過程中，從鋼坯的表層至心部依次形成表層細晶區、柱狀晶區和等軸晶區，鋼坯的心部Z后凝固，由于選擇結晶規律的影響及鋼坯中心部位冷卻速度較慢，把碳、鉻及其它非金屬雜質元素不同程度地推向鋼坯的心部，形成富含碳、鉻和非金屬雜質的心部成分偏析區。同時，冷速較慢可以導致心部的奧氏體晶粒長大的現象。有資料表明，當過共析鋼含碳量大于1.2%時，在鑄造、熱軋、鍛造后的空冷，或加熱溫度過高并以較快速度冷卻時，先共析滲碳體從奧氏體晶界沿奧氏體一定晶界向晶內生長并呈針片狀析出，形成滲碳體魏氏組織，并且晶粒越大，越容易形成魏氏組織。被檢驗的鋼材心部含碳量已經超過了1.2%，甚至達到1.33%，因此，在軋制過程中都形成了滲碳體魏氏組織。

5　結論

連鑄軸承鋼可能存在中心偏析現象，在低倍組織檢驗試片上表現為心部腐蝕較深的暗斑，熱軋狀態的高倍檢驗試片表現為心部的滲碳體魏氏組織，偏析區的碳、鉻含量超過標準要求，并可能伴有非金屬夾雜物聚集和縮孔現象。由于偏析區域較大，在鍛造及熱處理過程無法消除，成分偏析、非金屬夾雜物聚集及縮孔可能造成軸承鍛造和熱處理加工工序的廢品，如果保留在軸承上則能夠導致軸承的早期失效，因此，連鑄軸承鋼的中心偏析缺陷是不可接受的缺陷，應在今后的軸承鋼技術條件中給予明確規定。

來源：《哈爾濱軸承》2019年4期