Effects of Temperature and Atmosphere on the Isothermal Decarburization Behavior of GCr15 Steel

Zhang Borui; Chen Jintong; Xu jinlong; Li Chipeng; Hu Dongdong; Liu Xiaojiang; Jia Tao

doi:10.20057/j.1003-8620.N260019

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Effects of Temperature and Atmosphere on the Isothermal Decarburization Behavior of GCr15 Steel

更新时间：2026-04-08

- Effects of Temperature and Atmosphere on the Isothermal Decarburization Behavior of GCr15 Steel
- Special Steel Pages: 1-7(2026)
- 作者机构：
  
  1.宁波钢铁有限公司制造部，宁波 315807
  2.东北大学，数字钢铁全国重点实验室，沈阳 110819
  3.沈阳工业大学机械工程学院，沈阳 110870
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.N260019
  CLC： TG335.1
- Received：30 January 2026，
  
  Revised：2026-03-01，
  
  Accepted：02 March 2026，
  
  Online First：07 April 2026，
- 稿件说明：
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张博睿,陈金童,徐金龙等.温度与气氛对GCr15钢等温脱碳行为的影响[J].特殊钢,

Zhang Borui,Chen Jintong,Xu jinlong,et al.Effects of Temperature and Atmosphere on the Isothermal Decarburization Behavior of GCr15 Steel[J].Special Steel,
张博睿,陈金童,徐金龙等.温度与气氛对GCr15钢等温脱碳行为的影响[J].特殊钢, DOI：.

Zhang Borui,Chen Jintong,Xu jinlong,et al.Effects of Temperature and Atmosphere on the Isothermal Decarburization Behavior of GCr15 Steel[J].Special Steel, DOI：.

摘要

GCr15钢是高碳铬轴承钢的典型代表，表面脱碳会严重降低其表面质量与服役性能。对GC

r15钢在空气、N

O和N

O中的等温脱碳行为开展了实验研究与机理分析。结果表明，在空气气氛下，700 ℃时未发现脱碳层，800 ℃时存在完全脱碳层和部分脱碳层，900 ℃以上时仅有部分脱碳层。相对于亚共析钢，GCr15钢脱碳层覆盖较宽的碳含量区间，叠加室温组织对等温脱碳后冷却过程冷速的强敏感性，脱碳层室温组织随脱碳时间的演变行为复杂，硬度法而非金相法是测定脱碳层深度的优选方法。总脱碳层厚度随温度、时间的增加而增加，在700、800、900、1 000 ℃等温120 min后的厚度分别达到511、690、960、1 270 μm。相对于N

O，N

O中因其强氧化性导致脱碳铁素体层甚至一定比例的部分脱碳层被氧化烧蚀。研究结果对于GCr15钢热加工工艺设计时的脱碳层控制具有指导意义。

Abstract

GCr15 is a typical representative of high-carbon chromium bearing steel， and surface decarburization can severely degrade its surface quality and service performance. This paper presents an experimental investigation and mechanism analysis on the isothermal decarburization behavior of GCr15 bearing steel in air， N₂+H₂+H₂O and N₂+H₂O atmospheres. The results show that in air atmosphere， no decarburization layer was observed at 700 ℃， a fully decarburized layer and a partially decarburized layer were observed at 800 ℃， and only a partially decarburized layer was present above 900 ℃. Compared with hypoeutectoid steel， GCr15 exhibits a decarburization layer covering a wide range of carbon content. Coupled with the strong sensitivity of room-temperature microstructure to the cooling rate after isothermal decarburization， the evolution of room-temperature microstructure in the decarburization layer with decarburization time is complex. The hardness method， rather than the metallographic method， is the preferred method for measuring decarburization depth. The total decarburization layer thickness increases with rising temperature and holding time， reaching 511， 690， 960， and 1 270 μm after isothermal treatment at 700， 800， 900， and 1 000 ℃ for 120 min respectively. In comparison with the N₂+H₂+H₂O atmosphere， the strong oxidizability of the N₂+H₂O atmosphere results in the oxidative ablation of the decarburized ferrite layer and even a certain proportion of the partially decarburized layer. The results of this study provide guidance for decarburization layer control during the thermal processing design of GCr15 steel.

关键词

Keywords

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