軸承鋼技術(shù)及市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告

1、軸承鋼技術(shù)及市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告目錄1 軸承鋼簡(jiǎn)介 11.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 11.2主要產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域分析 21.3軸承鋼質(zhì)量要求及工藝路線要求 32 軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)調(diào)研 42.1 冶煉工藝 42.1.1 軸承鋼傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝 42.1.2 軸承鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝 52.1.3 軸承鋼爐外精煉技術(shù) 72.1.4 冶煉工藝質(zhì)量控制 72.2 連鑄工藝 102.2.1 連鑄軸承鋼工藝 102.2.2 連鑄工藝采用的技術(shù) 112.2.3 連鑄工藝質(zhì)量控制 142.3 軋制工藝 152.3.1 加熱工序 152.3.2 軸承鋼熱軋的組織變化 172.3.3 軋鋼工藝質(zhì)量控制 233 國(guó)內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)概況 253.1近年國(guó)內(nèi)

2、軸承鋼產(chǎn)量情況 253.2近年我國(guó)主要軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量情況 263.3軸承鋼市場(chǎng)需求分析 283.3.1下游行業(yè)快速發(fā)展帶動(dòng)軸承鋼的發(fā)展 283.3.2世界軸承生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)向我國(guó)將大大拉動(dòng)國(guó)內(nèi)軸承鋼需求 293.3.3我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)將拉動(dòng)軸承鋼的需求 293.3.4高端軸承需求帶動(dòng)軸承鋼市場(chǎng) 29- II -GCr15軸承鋼文獻(xiàn)綜述軸承鋼技術(shù)及市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告1軸承鋼簡(jiǎn)介軸承鋼廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、鐵路運(yùn)輸、汽車制造、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，主要 是制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體和套圈。 近年來，我國(guó)軸承行業(yè)旺盛的需求促進(jìn)了軸承 鋼生產(chǎn)的快速發(fā)展。2014年我國(guó)軸承鋼粗鋼產(chǎn)量292.71萬噸，與2013年同期下降

3、2.95%; 2014 年我國(guó)軸承鋼材產(chǎn)量為285.57萬t，與2013年同期相比減少2.65%。高碳鉻軸承鋼為我國(guó)軸承行業(yè)用量最大的鋼種，占軸承行業(yè)用鋼量的85%以上，其中，GCr15是該類鋼中具有代表性的鋼種之一，具有廣闊的市場(chǎng)前景。1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)軸承是一個(gè)支撐軸的零件，是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中一種舉足輕重的零部件。它的主要功能是支承旋轉(zhuǎn)軸或其它運(yùn)動(dòng)體，引導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)運(yùn)動(dòng)并承受由軸或軸上零 件傳遞而來的載荷。盡管軸承只是作為各種主機(jī)支承元件，但由于品種繁多、加工精密、尺寸范圍大，所以軸承工業(yè)是機(jī)械工業(yè)中一種特殊的獨(dú)立產(chǎn)業(yè)，并已形成了完整的工業(yè)體系。到目前為止， 全世界已生產(chǎn)軸承品種5萬種以上，規(guī)格

4、多 達(dá)15萬種以上。按照軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、物理形狀、應(yīng)用領(lǐng)域等標(biāo)準(zhǔn)可做許多種 分類，其分類具有多樣性。從軸承的組成和工藝加工流程方面來說，軸承行業(yè)包括軸承成品制造企業(yè)、 軸承套圈鍛件加工企業(yè)、軸承套圈車加工企業(yè)、軸承滾動(dòng)體（鋼球、滾子、滾針） 加工企業(yè)、軸承保持架加工企業(yè)、軸承密封件加工企業(yè)、軸承座（含緊定套）加 工企業(yè)、軸承專用設(shè)備儀器制造企業(yè)以及軸承設(shè)計(jì)、科研企事業(yè)單位等。以ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)約定俗成為基礎(chǔ)，結(jié)合軸承的摩擦性質(zhì)和應(yīng)用性能， 可以將軸承大體分為滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承、特殊專用軸承和軸承附屬件這四大類：（1）滾動(dòng)軸承系列占到軸承生產(chǎn)和使用的絕大部分，超過軸承總量的80%以上，通常說

5、的軸承在多數(shù)情況下指的都是滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承是指依靠主要元 件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的一大類軸承，具有摩擦力小、易于啟動(dòng)、升速迅速、結(jié)構(gòu)緊湊、三化”（標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化）水平高、適應(yīng)現(xiàn)代各種機(jī)械 要求的工作性能和使用壽命以及維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。包括深溝球軸承、單雙向 推力球、各種滾子、滾針型軸承等常見產(chǎn)品。按照滾動(dòng)體的類型，可以將滾動(dòng)軸 承分為球軸承和滾子軸承兩類；按照軸承的承載負(fù)荷受力方向，又可以將滾動(dòng)軸 承分為向心軸承和推力軸承兩類。（2）靠滑動(dòng)來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的一類支承件稱之為滑動(dòng)軸承，包括實(shí)體型、 沖壓外殼型、行程型等直線運(yùn)動(dòng)球軸承和一些直線運(yùn)動(dòng)滾子、平面軸承。（3）特殊專用軸承

6、指的是根據(jù)某些特殊器械所需要的特殊性能而相應(yīng)設(shè)計(jì) 的一類支承件，主要包括復(fù)合軸承、紡織器械用軸承、磁力軸承、小型單向離合 器、等速萬向節(jié)等。（4）軸承支承件對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的支承作用還需要相關(guān)的附屬件來配合完成，這主要包括螺母、襯圈、鋼球、滾針套和活塞環(huán)等。1.2主要產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域分析軸承是消耗性的機(jī)械基礎(chǔ)件，廣泛應(yīng)用于一切和轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的機(jī)械產(chǎn)品新增量 生產(chǎn)和保有量折舊當(dāng)中。滾動(dòng)軸承種類眾多， 應(yīng)用十分廣泛。滑動(dòng)軸承一般應(yīng)用 于高速、高精度或特別重載的情況下，需求行業(yè)基本與滾動(dòng)軸承無異。針對(duì)某些 特殊的支承要求而設(shè)計(jì)的一些特殊的軸承設(shè)備，如磁力軸承、復(fù)合型軸承、防高溫、防低溫、防水軸承則專門應(yīng)用與某些

7、特定的領(lǐng)域。作為配合軸承適用的軸承附屬件，其需求伴隨存在與所有應(yīng)用軸承的行業(yè)領(lǐng)域中。從當(dāng)前主要應(yīng)用來看，汽車、摩托車、鐵路、機(jī)床、風(fēng)電是比較集中的幾個(gè) 領(lǐng)域：（1）汽車軸承：這里主要包括轎車和商用車兩大類。轎車上使用軸承的部 位有：發(fā)動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)器、發(fā)電機(jī)、水泵、離合器、變速器、差速器、前后輪轂、轉(zhuǎn)向器、空調(diào)機(jī)等二十幾個(gè)部位。軸承類型主要是小型深溝球軸承、圓錐滾子軸 承、圓柱滾子軸承、角接觸球軸承和滾針軸承等。商用車上使用軸承的部位主要 有：水泵、變速器、傳動(dòng)軸、發(fā)電機(jī)、差速器、前后輪轂、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等約三十個(gè) 部位。軸承類型主要有：圓錐滾子軸承、深溝球軸承、滾針軸承及圓柱滾子軸承。（2）鐵路軸承：

8、包括各系列不同結(jié)構(gòu)、精度等級(jí)和規(guī)格的鐵路用機(jī)車、客 車、貨車軸承。鐵路機(jī)車上使用的軸承主要是圓柱滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、角 接觸球軸承、深溝球軸承，用于液力傳動(dòng)箱、輪轂及齒輪箱等部位。客、貨車輛 用軸承主要是輪轂軸承，客車用軸承多為圓柱滾子軸承，貨車用軸承多為雙列圓 錐滾子軸承。（3）摩托車軸承：摩托車上使用軸承的部位有發(fā)動(dòng)機(jī)、輪軸、轉(zhuǎn)向軸、齒 輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)等十幾個(gè)部位，軸承類型以小深溝球軸承和滾針軸承為主。（4）機(jī)床軸承：數(shù)量巨大的各類機(jī)床，特別是精密機(jī)床需要配套各類高精 度、高性能軸承，以保證機(jī)床加工精度。通常所說的機(jī)床用精密軸承，一般指機(jī) 床主軸軸承、精密傳動(dòng)副和轉(zhuǎn)臺(tái)軸承等。（5）風(fēng)電

9、軸承：主要指的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配套軸承，風(fēng)電軸承受力的復(fù)雜 性要求產(chǎn)品具有高承載能力、高壽命和高可靠性，良好的防腐性能和密封性能、 耐低溫沖擊性能、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性和平穩(wěn)性等特點(diǎn)。主要包括偏航軸承、變漿軸承、 發(fā)電機(jī)軸承、主軸軸承、變速箱軸承等。1.3軸承鋼質(zhì)量要求及工藝路線要求軸承鋼是潔凈鋼的代表，除需控制以氧化物、硫化物為主的夾雜物和碳的偏 析外，對(duì)P、Ti、N、H等殘余元素含量也有嚴(yán)格要求。GB/T 18254-2002高碳鉻軸承鋼不僅對(duì)化學(xué)成分有具體要求，尤其對(duì)氧含量 有嚴(yán)格限制，同時(shí)對(duì)低倍組織、非金屬夾雜、顯微組織、碳化物不均勻性、脫碳 層、表面質(zhì)量等都有具體規(guī)定。表1-1 GB/T 182

10、54-2002對(duì)GCr15軸承鋼的化學(xué)成分要求（wt%）牌號(hào)CSiMnCrMoPSNiCuNi+CuO模鑄連鑄不大于GCr150.951.050.150.350.250.451.401.65T.O 12X 10 * Ti 0.0020%I S、PW 0.010%_消除液析碳化物控制帶狀碳化物.控制網(wǎng)狀碳化物控制碳化物尺寸w 1(im軸承鋼質(zhì)量圖1-1軸承鋼質(zhì)量控制示意圖全氧和夾雜物是軸承鋼冶煉中的主要難題之一。軸承鋼的全氧含量一般穩(wěn)定在10ppm以下，目前世界最高水平可穩(wěn)定在 5ppm以下。根據(jù)GB/T18254-2002 要求，該鋼種應(yīng)采用真空脫氣處理。高檔的鋼種必須走 LF+RH組合工藝，

11、RH 定位首先是脫氣，脫氣前要求 0、S低，必須經(jīng)過LF。2軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)調(diào)研2.1冶煉工藝2.1.1軸承鋼傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝軸承鋼最傳統(tǒng)的生產(chǎn)是采用電爐工藝。目前，國(guó)際上電爐生產(chǎn)軸承鋼，按是否采用連鑄技術(shù)，可分為兩類：其一是以瑞典SKF公司為代表的“UHEAFLF-IC” 工藝；其二是以日本山陽公司為代表的 “UHEAFLF-RH-CC工藝流程。圖2-1給 出兩種工藝流程的比較。1toflUrSW(a)瑞典SKF公司軸承鋼生產(chǎn)工藝流程日本山陽公司軸承鋼生產(chǎn)工藝流程圖2-1兩種工藝流程的比較近幾年，SKF流程的技術(shù)進(jìn)步在于其取消了軸承鋼真空精煉工藝， 采用鋼包 內(nèi)鋁沉淀脫氧和SKF精煉爐內(nèi)吹A(chǔ)r加電

12、磁攪拌工藝，生產(chǎn)出高質(zhì)量軸承鋼。山 陽廠軸承鋼生產(chǎn)工藝的最大特點(diǎn)是采用高堿度渣精煉， 生產(chǎn)超純凈軸承鋼，鋼中 硫含量控制S 0.002%表2-1為兩種工藝生產(chǎn)軸承鋼純凈度的對(duì)比。表2-1 SKF和山陽公司軸承鋼生產(chǎn)工藝質(zhì)量對(duì)比廠名SPAlTi X106T.OX106SKF平均值0.020.0080.036138.1波動(dòng)范圍0.0130.0240.0060.0130.0270.0451016512山陽廠平均值0.010.0080.01514.55.8波動(dòng)范圍0.0020.0130.0060.0140.0110.02214155.48.32.1.2軸承鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝采用轉(zhuǎn)爐工藝生產(chǎn)軸承鋼，出現(xiàn)于

13、20世紀(jì)末期。采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)特殊鋼具有 明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：(1) 原料條件好，鐵水的純凈度和質(zhì)量穩(wěn)定性均優(yōu)于廢鋼；(2) 采用鐵水預(yù)處理工藝，進(jìn)一步提高鐵水的純凈度，適宜低成本生產(chǎn)高純凈度的優(yōu)質(zhì)特殊鋼；(3) 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制水平高，鋼渣反應(yīng)比電爐更趨近平衡；(4) 轉(zhuǎn)爐鋼的氣體含量低；(5) 連鑄和爐外精煉裝備和工藝水平與電爐基本相當(dāng)。采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)軸承鋼，日本和德國(guó)采用完全不同的生產(chǎn)工藝。 二者主要的技 術(shù)差別在于對(duì)煉鋼終點(diǎn)碳的控制。 日本采用全量鐵水 三脫”預(yù)處理工藝，轉(zhuǎn)爐采 用少渣冶煉高碳出鋼技術(shù)，生產(chǎn)低磷低氧鋼。 德國(guó)采用轉(zhuǎn)爐低拉碳工藝，保證轉(zhuǎn) 爐后期磷效果，依靠出鋼時(shí)增碳生產(chǎn)軸承鋼。2.1.

14、2.1日本住友公司軸承鋼冶煉工藝日本住友公司在世界上首先開發(fā)利用雜質(zhì)少的鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)軸承鋼 的生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)工藝流程如圖 2-2所示。-RHIC高爐鐵水”三脫”轉(zhuǎn)爐*X*VADCC圖2-2日本住友公司軸承鋼生產(chǎn)工藝流程主要工藝特點(diǎn)：(1 )鐵水脫硫預(yù)處理S 0.003%(2) 轉(zhuǎn)爐進(jìn)行鋼水”三脫”預(yù)處理，P 0.6%(5) 擋渣出鋼，加Al深脫氧；(6) RH輕處理脫氣；(7) 吹A(chǔ)r弱攪拌上浮夾雜。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到T.O 9.0 X-61,0 Ti 15X-6|Q2.1.2.2德國(guó)蒂森軸承鋼生產(chǎn)工藝德國(guó)蒂森軸承鋼生產(chǎn)工藝流程如圖2-3所示。圖2-3德國(guó)蒂森軸承鋼生產(chǎn)工藝流程工藝特點(diǎn):(1)

15、 140t轉(zhuǎn)爐低碳出鋼，吹煉后期脫P(yáng)，終點(diǎn)碳控制在：C=0.030.04%;(2) 轉(zhuǎn)爐無渣出鋼至白云石襯鋼包內(nèi)；(3) 出鋼過程合金化，加少量 Al脫O;(4) RH脫氣處理。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到T.0 ( 712) X10-6, H 3.0渣 中T.Fevl.O%。其特點(diǎn)是具有很高的脫硫能力，可生產(chǎn)S 20x1(的超低硫軸承 鋼。同時(shí)，高堿度渣的脫氧能力強(qiáng)，可大量吸附 AI2O3夾雜，使鋼中基本找不到 B類夾雜。但由于渣中CaO含量高，容易被鋼中AI還原生成D類球形夾雜，對(duì)軸承 鋼的質(zhì)量危害甚大。因此，對(duì)鋼中鋁含量要嚴(yán)格控制，盡可能避免D類夾雜的生成。低堿度渣精煉工藝：控制爐渣堿度(CaO+MgO

16、) / (SiO2+AI 2O3) =1.2，渣 中T.Fevl.O%。該渣系由于堿度低，消除含CaO的D類夾雜，對(duì)AI2O3夾雜也有 較強(qiáng)的吸附能力和一定的脫硫能力，并有利于改變鋼中夾雜物的形態(tài)，大幅度提 高塑性?shī)A雜的比例，有利于提高鋼材質(zhì)量。軸承鋼爐外精煉的處理工藝，可細(xì)分為以下三種類型：(1) LF+VD精煉工藝。該工藝是最傳統(tǒng)的精煉工藝，適用于電爐生產(chǎn)。其 優(yōu)點(diǎn)是在于進(jìn)行充分的渣-鋼精煉，可以有效地降低鋼中氧含量并改變夾雜物形 態(tài)，實(shí)現(xiàn)咼效脫硫。(2) RH精煉工藝。多用于轉(zhuǎn)爐軸承鋼精煉，其特點(diǎn)是在真空下強(qiáng)化鋼中碳氧反應(yīng)，利用碳脫氧和鋁深脫氧。吹A(chǔ)r弱攪拌上浮夾雜物，并具備一定的脫硫能

17、力。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是鋁的利用率提高，AI2O3夾雜可以充分上浮，鋼中不存在含Ca的D類夾雜物。(3) SKF精煉爐電磁+吹A(chǔ)r攪拌工藝。該工藝是非真空冶煉，是SKF近幾 年開發(fā)成功的新工藝，采用出鋼時(shí)大量加 AI深脫氧和強(qiáng)攪拌促進(jìn)夾雜物上浮的 精煉工藝，代替真空冶煉生產(chǎn)軸承鋼。其優(yōu)點(diǎn)是操作成本低，適宜生產(chǎn)超低硫、 氧含量的軸承鋼。2.1.4冶煉工藝質(zhì)量控制2.1.4.1微量元素控制鋼中殘余元素Ni, Cu和有害元素P、As、Sn、Sb、Bi、Pb可導(dǎo)致軸承材料 加工中的熱脆裂紋，同時(shí)，也能加強(qiáng)晶界偏聚。 P、As、Sn、Sb等在低夾雜物含 量的鋼中，在晶界的偏析與富集更為明顯。鋼中P不僅能加劇液

18、析碳化物的生成，而且能加劇奧氏體化時(shí)的二次碳化物 的析出。對(duì)含0.018%和0.004%S的軸承鋼連鑄坯的偏析程度比較表明：低 S含量的 柱狀和軸向區(qū)域中的偏析程度明顯較低。凝固過程中隨S含量的增加而硫化物、碳化物分布的平均尺寸增加，故縱向偏析增加。為了改善連鑄軸承鋼的碳化物， 必須盡可能降低硫含量。氧化物夾雜是軸承鋼中最具危害性的，對(duì)疲勞破壞有顯著的影響。氧化物夾雜尺寸越大，引起的應(yīng)力集中也越強(qiáng)。在氧化物夾雜中，球狀不變形 D類夾雜物比B類夾雜物對(duì)接觸疲勞壽命更 為有害。無論D類夾雜物還是B類夾雜物在鋼中生成均離不開鋼中的氧。氧含量越 高，不僅造成氧化物夾雜數(shù)量增多，而且氧化物夾雜尺寸增大，

19、偏析較嚴(yán)重，夾 雜級(jí)別增高，因而對(duì)疲勞壽命的危害也就加劇。因此，要努力降低鋼中的O。Ti（C，N）夾雜物具有很高的剛性，并在幾何形狀上呈棱角狀，因而在基體中具有極易造成應(yīng)力集中誘導(dǎo)疲勞裂紋。隨Ti含量增高Ti（C，N）顆粒不僅大大增高，而且Ti（C，N）的級(jí)別也明顯增高，疲勞壽命降低。因此，要努力 降低鋼中的Ti。表2-2為國(guó)外不同工藝條件下軸承鋼微量兀素控制情況。從表2.2可見，國(guó)外許多廠均能將軸承鋼中 O、P、S和Ti等元素分別穩(wěn)定地控制在0.001%、0.010%、 0.020%、0.0015%以下，Al含量穩(wěn)定控制在 0.050%以下，通過控制這些元素， 軸承鋼的使用壽命得到提高。國(guó)外

20、軸承鋼生產(chǎn)廠一般將P控制在0.010%以下，國(guó)內(nèi)目前對(duì)P的控制仍不穩(wěn)定，多數(shù)控制在 0.020%以下。2.1.4.2夾雜物控制軸承鋼冶煉中主要通過降低全氧 （TO）來控制夾雜物含量，包括我國(guó)在內(nèi) 的許多國(guó)家軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定 TO 15X1t，實(shí)際生產(chǎn)中多數(shù)控制在10X106以 下。日本山陽特殊鋼公司 RH脫氣工藝的真空度可達(dá)13 Pa,高碳鉻軸承鋼TO 含量已降低到5X10-6左右，甚至可控制在3X10-6左右；瑞典SKF公司高碳鉻軸 承鋼的T0可控制在8X0-6以下。國(guó)內(nèi)以寶鋼集團(tuán)上鋼五廠為代表，軸承鋼T0 含量模鑄為7X10-6,連鑄（66.5） X0-6。興澄特鋼軸承鋼的T0可控制在6X

21、10-6 左右，大冶特鋼、撫順特鋼、大連鋼廠也能將 T0控制在10X10-6以內(nèi)。二次精煉是控制軸承鋼中氧含量的重要手段，影響精煉效果的主要因素有：脫氧劑種類及脫氧時(shí)間、精煉渣系、爐渣堿度、真空度和深真空時(shí)間、吹氬攪拌 強(qiáng)度和時(shí)間等。另外，隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，尤其是少氧化、無氧化連鑄技術(shù)的 發(fā)展，軸承鋼連鑄坯的氧含量一般比模鑄低 30%以上，鋼中夾雜物更少。表2-2國(guó)外軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)微量元素控制水平廠名生產(chǎn)工藝TO X106Ti X06Al/%S/%P/%SKF100tEAF-除渣-ASEA-SKF-IC8.113.40.0360.0200.00890tEAF-傾動(dòng)式出鋼-LF-RH-IC8.

22、314150.0110.0220.0020.003山陽90tEAF-傾動(dòng)式出鋼-LF-RH-CC5.814150.0110.0220.0020.01390tEAF-偏心底出鋼-LF-RH-CC5.414150.0110.0220.0020.013神戶預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐-LF-RH-CC9.0150.0160.0240.0260.006愛知80 t EAF-真空除渣-LF-RH-CC7.0150.0300.0020.001和歌山轉(zhuǎn)爐-CC10.0220.008轉(zhuǎn)爐-RH-CC6.012高周波EAF-ASEA-SKF-CC9.0200.0150.0070.014EAF-ASEA-SKF-吹氬-CC5.0

23、90.0140.0140.008軸承鋼中夾雜物存在的形態(tài)很多，由CaO和AI2O3生成的不變形鋁酸鈣（CaO-Al 2O3）點(diǎn)狀?yuàn)A雜、脆性氧化物夾雜（主要是AI2O3）對(duì)軸承鋼的危害極大。向鋼包噴吹CaS、Ca基粉劑(或喂線等)，與AI2O3夾雜和鋁酸鈣結(jié)合生成 大顆粒球狀鋁酸鈣夾雜(12CaO7Al203)，該夾雜物熔點(diǎn)低，尺寸大，密度小， 容易在上浮過程中相互碰撞長(zhǎng)大，從而極易從鋼液排除。由于軸承鋼對(duì)點(diǎn)狀?yuàn)A雜 物特別敏感，國(guó)外軸承鋼用戶一般不允許采用Ca處理技術(shù)，而是通過加精煉渣使AI2O3形成細(xì)小易上浮的 AI2O3SQ2。2.2連鑄工藝2.2.1連鑄軸承鋼工藝近幾年，軸承鋼連鑄工藝迅速

24、地發(fā)展，特別是日本山陽廠采用立式大圓坯連 鑄機(jī)生產(chǎn)軸承鋼，不僅可用于生產(chǎn)軸套， 也可以生產(chǎn)滾動(dòng)體，標(biāo)志著軸承鋼連鑄 技術(shù)已經(jīng)完全成熟。日本和德國(guó)是世界上采用連鑄工藝生產(chǎn)軸承鋼較早且數(shù)量較多的國(guó)家， 瑞典 SKF公司到目前仍堅(jiān)持模鑄工藝。表2-3列出了三家具有代表性的SKF、蒂森和 三陽特殊鋼公司采用模鑄、連鑄公司生產(chǎn)軸承鋼的質(zhì)量水平。從表2-3可以看出， 采用連鑄工藝生產(chǎn)軸承鋼，氧及夾雜物的含量比模鑄有不同程度的降低。表2-3 SKF、蒂森和三陽公司不同工藝下的軸承鋼質(zhì)量廠家工藝TO X106夾雜物ABCD細(xì)粗細(xì)粗細(xì)粗細(xì)粗SKFMR-BQ+模鑄132.01.51.50.2000.50MR-PB

25、Q+ 模鑄101.00.51.00000.50蒂森EF+模鑄121.401.00TBM+模鑄121.50.11.20.2TBM+連鑄121.300.70.22TBM+Ca+ 連鑄1.00.21.00.5山陽TST+連鑄5.81.340.10.720000.980.37EBT+連鑄5.41.350.120.170000.900.04表2-4給出國(guó)內(nèi)某軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)連鑄與模鑄工藝生產(chǎn)3555mm軸承鋼棒材時(shí)的質(zhì)量對(duì)比。從表2-4中可以看出，不論鋼中夾雜物還是碳化物評(píng)級(jí)，連鑄鋼的質(zhì)量已達(dá)到或接近模鑄鋼表2-4連鑄與模鑄軸承鋼的產(chǎn)品質(zhì)量工藝氧化物硫化物點(diǎn)狀帶狀試樣范圍平均試樣范圍平均連鑄101.02.

26、01.5091.03.01.890.5 X1.0 X101.02.01.6791.52.01.780.5 X1.0 5101.02.01.30101.52.51.65模鑄51.62.01.9051.01.51.4041.02.01.6351.02.51.6051.53.01.4051.52.51.5051.52.01.7051.52.51.9051.52.52.1051.01.51.20注：（1）檢驗(yàn)試樣規(guī)格均為 48mm； （2）連鑄坯：210X270mm;中包溫度：14801500C； 拉速：0.70.8m/min ; （2）開成坯：105X105mm；低倍：中心一般疏松均為0.5級(jí)。22

27、2連鑄工藝采用的技術(shù)2.2.2.1實(shí)施鋼流保護(hù)軸承鋼鋼液的保護(hù)澆鑄涉及：（1）鋼包滑動(dòng)水口的自動(dòng)引流和鋼包內(nèi)鋼液量 的合理控制；（2）大包到中間包的鑄流的保護(hù)套管和吹氫保護(hù)；（3）中間包內(nèi)鋼 流的穩(wěn)定流態(tài)和中間包內(nèi)鋼液量的合理控制；（4）浸人式水口的選型；（5）結(jié)晶 器保護(hù)渣的選型；（6）結(jié)晶器液位的合理控制。從改善連鑄軸承鋼碳化物的角度 出發(fā)，最重要的是，鋼流盡可能不受污染和盡可能處于穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)，過熱度 盡可能低。2.222降低和穩(wěn)定過熱度進(jìn)入結(jié)晶器的鋼水溫度低，鋼液結(jié)殼后，鑄坯中心未凝固的鋼水的溫度接近 于固相線溫度，從而擴(kuò)大中心的等軸區(qū)域，良好的大面積等軸晶組織抑制了鑄坯 的中心偏析

28、。連鑄高碳鉻軸承鋼的澆注溫度從 1520C下降到1470E，連鑄坯中的枝狀晶 區(qū)長(zhǎng)度可從40mm下降到10mm。澆注過程中的過熱度的相對(duì)穩(wěn)定對(duì)改善中心偏析和縱向偏析也很重要。為 此，有廠家通過對(duì)鋼包和中間包的內(nèi)襯進(jìn)行有效的天然氣烘烤， 使鋼包和中間包 的內(nèi)襯溫度達(dá)到1200E以上，使中間包內(nèi)的鋼液溫度波動(dòng)范圍在 70min的澆注 時(shí)間內(nèi)僅為5C。使中間包鋼水的過熱度有效地控制在 1015C的最好辦法是在中間包上采 用等離子或感應(yīng)加熱措施。例如日本大同特鋼的知多廠為了改善連鑄軸承鋼的中 心偏析，于1992年在新建的2號(hào)連鑄機(jī)上安裝了中間包等離子加熱裝置。目前，中間包等離子加熱技術(shù)已在日、美、意、

29、德、法等國(guó)家的16家鋼廠得到工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。2.223選用合適的電磁攪拌采用電磁攪拌技術(shù)可降低連鑄坯的中心偏析程度， 碳化物的尺寸也有細(xì)化的 傾向。表2-5不同電磁攪拌工藝對(duì)鑄坯質(zhì)量的作用質(zhì)量因裝置位置結(jié)晶器內(nèi)M-EMS結(jié)晶器下M-EMS二冷段S-EMS凝固末端F-EMS改善表面質(zhì)量改善溫度梯度改善氣泡，上浮夾雜均勻坯殼凝固增加等軸晶，改善致密度分散夾雜分布O改善軸心偏析OO注：:主要作用； O次要作用。單一的結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)當(dāng)然能大大改善鑄坯中心的碳化物，但對(duì)高碳鉻軸承鋼而言，其中心區(qū)的偏析仍然較大。為了獲得大而十分均勻的中心等軸晶區(qū)， 往往要采用兩種電磁攪拌裝置，從 而獲得結(jié)構(gòu)均勻，無中

30、心疏松的結(jié)晶組織。采用M-EMS，可使坯殼生成比較均勻，而且，表面層中渣量的減少有利于 坯殼生長(zhǎng)。因?yàn)樵薪^熱作用，會(huì)阻礙坯殼的生長(zhǎng)。采用SEMS,最大的碳偏析值可從1.68減至1.38。采用FEMS,能夠打斷中心部位架橋，較好地補(bǔ)給由于凝固收縮所需的鋼液。值得一提的是，組合攪拌技術(shù)的攪拌強(qiáng)度的控制是十分重要的，見表 2-5。 攪拌強(qiáng)度過大，會(huì)形成嚴(yán)重的白亮帶現(xiàn)象或 V型偏析。攪拌強(qiáng)度過小，則達(dá)不 到減輕偏析的目的。2.224二冷強(qiáng)度和拉速相同冷卻條件下，適當(dāng)降低拉速有利于縮短固液區(qū)間長(zhǎng)度，從而抑制枝狀晶的長(zhǎng)大，有利于減小中心偏析。而適當(dāng)提高二次冷卻強(qiáng)度除了能細(xì)化組織晶粒外， 還能縮短液相深度

31、，增加坯殼厚度。2.2.2.5采用液相穴區(qū)的壓下技術(shù)對(duì)于像軸承鋼這樣的組織要求較高的特殊鋼來講，對(duì)易產(chǎn)生偏析的液相穴區(qū) 進(jìn)行壓下處理。這是因?yàn)樵谶B鑄坯凝固過程中，由于導(dǎo)輥之間鑄坯產(chǎn)生鼓肚引起 的坯殼內(nèi)的容積變化和補(bǔ)償凝固收縮，導(dǎo)致因殘留鋼液的宏觀流動(dòng)引起的中心偏 析。（1）輕壓下技術(shù)根據(jù)中心偏析發(fā)生的機(jī)理，控制鑄坯凝固末端的凝固過程，可以有效地控制 中心偏析發(fā)生的程度。輕壓下技術(shù)就是根據(jù)這個(gè)原理在連鑄過程中控制中心偏析 的自然發(fā)生。鑄坯坯殼在完全凝固前受到外部均勻壓力作用，防止了鑄坯冷凝收縮產(chǎn)生的 負(fù)壓，阻止了鑄坯因冷凝收縮或鼓肚產(chǎn)生的鋼液橫向流動(dòng)， 促使鑄坯中心區(qū)域富 含雜質(zhì)元素的鋼液回流并

32、可能重新在固液兩相區(qū)間分配，從而使凝固末端凝固更 均勻致密。這就大大地減輕了中心偏析和中心疏松的程度。輕壓下技術(shù)對(duì)解決高碳鉻軸承鋼的中心偏析與疏松有著最顯著的效果，己被公認(rèn)為是控制高碳鉻軸承鋼中心偏析最有效的工藝方法。但由于該技術(shù)的準(zhǔn)確應(yīng)用難度較大，要想取得理想的效果，必須精確地控制澆注工藝參數(shù)、凝固條件、 壓下區(qū)間鑄坯中心的固相率，匹配好拉坯速度與壓下速度。任何一方面控制不合 適，不但不能起到改善中心偏析的作用，而且極易造成鑄坯中心裂紋。因此在采 用輕壓下技術(shù)的同時(shí)，往往還配備中間包等離子加熱技術(shù)，電磁攪拌技術(shù)，從而確保最佳工藝條件下的最佳壓下位置。(2) 大直徑輥壓下技術(shù)與普通輥的輕壓下技

33、術(shù)相比，大直徑輥壓下技術(shù)可充分保證鑄坯內(nèi)部變形 量，而且凝固界面的畸變也較小。當(dāng)采用大直徑輥壓下時(shí)，以較小的壓下量就能 改善中心偏析。另外，由于在等軸晶區(qū)內(nèi)壓下，有助于減輕鑄坯的內(nèi)裂紋。(3) 連續(xù)鍛壓技術(shù)連續(xù)鍛壓技術(shù)是利用裝有異形鍛頭的鍛壓裝置對(duì)液相穴端進(jìn)行連續(xù)鍛壓，使凝固末端的固熔共存層壓合在一起，可有效地使?jié)饪s的鋼液和破碎的晶粒向上移 動(dòng)，同時(shí)，大壓下變形還可以防止鑄坯內(nèi)裂。223連鑄工藝質(zhì)量控制連鑄軸承鋼生產(chǎn)中必須控制碳化物的分布、中心偏析和中心疏松，使生產(chǎn)的 軸承具有均勻的顯微組織，從而提高軸承的使用壽命。中心偏析和中心疏松是軸承鋼連鑄坯容易產(chǎn)生的質(zhì)量問題。一般認(rèn)為，采用電磁攪拌、輕

34、壓下技術(shù)，以及控制澆鑄過程工藝參數(shù)，如實(shí)行低過熱度澆鑄、保 護(hù)澆鑄、鑄坯二冷強(qiáng)冷和采用中間包冶金技術(shù)， 可以有效控制偏析和疏松。此外， 研究還認(rèn)為，軸承鋼連鑄時(shí)，一般要求采用大斷面方坯連鑄，使用截面至少為 800mm2的大方坯，應(yīng)盡可能做到面縮比不低于80： 1，這樣才有利于消除中心偏析和中心疏松。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)碳化物沒有像控制夾雜物那樣提出嚴(yán)格要求，但碳化物不均勻 分布，同樣對(duì)軸承的接觸疲勞壽命產(chǎn)生不利影響。改善軸承鋼碳化物分布不均勻 性主要從兩方面著手，一是減少鋼錠或鑄坯的碳偏析，嚴(yán)格控制澆鑄溫度和澆注 速度，將過熱度控制在1015C；二是加強(qiáng)鋼錠或鑄坯的高溫均熱擴(kuò)散。軸承鋼連鑄工藝技術(shù)一般

35、有以下幾個(gè)方面：(1 )鋼水準(zhǔn)備。通常要求鋼中 T.O 10X-60 N 8OX-60 H 3x10, Ti 2OX60 Mn/S30(2) 溫度控制。為了避免連鑄坯中碳的嚴(yán)重偏析，要求采用低過熱度澆注 工藝。鋼水過熱度應(yīng)控制在1520C范圍內(nèi)。(3) 全程保護(hù)澆注。應(yīng)采用長(zhǎng)水口接縫吹A(chǔ)r工藝，控制澆注過程中鋼水增N量 5X10-6。(4) 低拉速弱冷工藝。軸承鋼拉速一般控制在 0.60.8m/min間，視鑄坯斷面尺寸，適當(dāng)調(diào)整拉速，二冷配水量通常為0.250.3L/kg鋼。2.3軋制工藝高碳鉻軸承鋼的含碳量較高，其鋼種特性在軋制工序中有以下方面需要關(guān)注：(1) 由于鋼的含碳量較高，鋼錠澆注或

36、鋼坯連鑄及冷卻時(shí)容易產(chǎn)生碳和鉻 的偏析，所以開軋前應(yīng)進(jìn)行高溫保溫或擴(kuò)散退火；(2) 鋼的導(dǎo)熱性差，在加熱時(shí)要防止炸裂；(3) 在加熱過程中容易產(chǎn)生脫碳、過熱和過燒現(xiàn)象；(4) 軋后緩慢冷卻時(shí)有明顯的網(wǎng)狀碳化物析出，在終軋溫度低于800C時(shí), 易產(chǎn)生帶狀碳化物；(5) 熱摩擦系數(shù)比碳素鋼大，故在軋制中的寬度也較大。2.3.1加熱工序軸承鋼鋼坯在軋制成棒材之前再加熱的目的，不僅僅在于提高塑性、降低變形抗力為軋制創(chuàng)造條件，而且要在再加熱過程中進(jìn)一步降低鋼中樹枝狀偏析的程 度，從而進(jìn)一步改善碳化物不均勻性。因此鋼坯加熱也是一道關(guān)鍵的工序。鋼坯 加熱時(shí)要防止過熱、過燒和表面脫碳。231.1鋼坯加熱速度和

37、加熱溫度由于此鋼種的導(dǎo)熱性較差，在開坯或成材的軋前加熱時(shí)速度不宜過快，鋼坯入爐時(shí)的爐尾溫度不宜過高，應(yīng)小于 700C。高碳鋼的加熱溫度區(qū)間比較窄，通 常在11501200 E之間。溫度過低時(shí)變形抗力較大，而溫度過高則會(huì)出現(xiàn)過熱 和過燒缺陷。軸承鋼的過燒溫度約為 1220C, 般的加熱溫度在11001180C 之間為宜。軸承鋼鋼錠經(jīng)過開坯之后塑性提高， 導(dǎo)熱性改善，初軋坯或小方坯再加熱時(shí) 不會(huì)因組織應(yīng)力、熱應(yīng)力導(dǎo)致內(nèi)裂。在鍛(軋)加熱爐中，裝爐溫度和升溫速度 都可以不受限制。連鑄坯是鑄態(tài)組織， 加熱要謹(jǐn)慎。冷卻不當(dāng)或加熱時(shí)裝爐溫度 太高、升溫太快都會(huì)像加熱冷鋼錠一樣產(chǎn)生內(nèi)裂或穿孔。 連鑄坯最好是

38、熱裝加熱。 鋼錠經(jīng)過加熱-擴(kuò)散退火之后軋成的鋼坯，鋼中樹枝狀偏析程度有所降低，鋼坯 產(chǎn)生軸心過燒的危險(xiǎn)性要比鋼錠小得多，所以鋼坯的允許加熱溫度可以高一些。 2.3.1.2鋼坯加熱過程中的擴(kuò)散退火作用鋼坯加熱過程中不僅和鋼錠加熱一樣有擴(kuò)散退火的作用，而且由于鋼錠軋成 鋼坯之后偏析帶之間的距離被壓攏，擴(kuò)散距離縮短，擴(kuò)散作用會(huì)更迅速、有效。 大冶特鋼廠曾經(jīng)用同一熔煉爐號(hào)的鋼錠經(jīng)同一工藝制度生產(chǎn)出來的180mm方坯在500mm中型軋機(jī)上作對(duì)比試驗(yàn)。鋼坯分兩批，用不同的加熱制度加熱后軋制 成110mm圓鋼，鋼材球化退火后在同一部位（即同 段號(hào)”取試樣檢驗(yàn)碳化物 帶狀組織。試驗(yàn)結(jié)果表明：3t鋼錠經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)

39、間保溫的擴(kuò)散退火之后， 在鋼坯加 熱過程中，采用高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱工藝制度生產(chǎn)的鋼材，比低溫加熱制度生產(chǎn)的鋼 材，碳化物帶狀平均級(jí)別降低了 0.3級(jí)別，見表2-6。表2-6軸承鋼加熱制度帶狀碳化物級(jí)別的影響180mm鋼坯均熱制度110退火材帶狀組織工藝特點(diǎn)總加熱時(shí)間/h:min均熱時(shí)間/ h:min岀鋼溫度廠c試樣片數(shù)平均級(jí)別低溫加熱3:321:02114082.80高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱6:463:03122082.502.3.1.3加熱過程中的表面脫碳軸承鋼在加熱過程中的脫碳傾向很大。 GCr15在熱加工過程中的脫碳層厚度 可達(dá)0.30.8mm，對(duì)軸承制品的表面硬度和強(qiáng)度有很大的影響。首先脫碳層的含碳

40、量低于正常基體的含碳量，制造軸承零件時(shí)要把它去除， 既浪費(fèi)金屬又增加機(jī)械加工費(fèi)。其次，由于加熱及軋制變形的不均勻性，鋼材表面的脫碳層總是不均勻的，會(huì)引起表面層組織、硬度、加工性能不均勻，給現(xiàn)代 軸承行業(yè)中廣泛采用的自動(dòng)、半自動(dòng)機(jī)床加工帶來很多麻煩。還有，如果鋼材表面的脫碳層沒有清除干凈而帶到軸承元件上，會(huì)降低元件的工作性能。因此在技 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)高碳軸承鋼鋼材表面的脫碳層深度有嚴(yán)格的限制。加熱工序中對(duì)脫碳的影響因素有很多，包括燃料條件、加熱設(shè)備、爐氣成分以及鋼的化學(xué)成分等，但是影響最大的還是加熱溫度和加熱時(shí)間兩個(gè)因素。圖 2-4為不同保溫溫度和保溫時(shí)間對(duì)鋼材脫碳層的影響。Q-8Z1mF度厚層碳脫

41、見可G4-2Q-8G4-21 1T121000 1100溫度廠C12001300mF度厚層碳脫見可800900(a)保溫溫度對(duì)鋼材脫碳層的影響T1260Si2MnGCr159SiCr I I I i i i i 20406080100120140160保溫時(shí)間/min(b)保溫時(shí)間對(duì)鋼材脫碳層的影響圖2-4保溫溫度和時(shí)間對(duì)鋼材脫碳層的影響2.3.1.4鋼坯的加熱制度高碳鉻軸承鋼鋼坯加熱制度要滿足下列要求：(1)加熱溫度的上限要保證鋼 坯不過燒，通常不得超過1240C ;下限要保證軋制順暢，通常要高于 900C o 在出鋼時(shí)，沿鋼坯的長(zhǎng)度和斷面的溫度差要盡量小，力求均勻。 (2)為減少表面 脫碳

42、，要求鋼坯加熱溫度盡量低， 加熱時(shí)間盡量短；但是為了降低碳化物偏析程 度卻要求鋼坯加熱溫度要高一點(diǎn)，在高溫的停留時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)。減少脫碳與消除偏析對(duì)鋼坯的加熱制度提出了互相矛盾的要求。 為了克服這 個(gè)矛盾，通常是在鋼錠加熱時(shí)進(jìn)行充分的擴(kuò)散退火，減少碳化物偏析； 而在鋼坯 加熱過程中側(cè)重于防止脫碳。鋼錠在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫同樣也會(huì)產(chǎn)生脫碳層， 但由鋼錠到鋼材的延伸系數(shù) 一般都很大，鋼錠表面的脫碳層軋成鋼材之后會(huì)被輾軋得很薄， 對(duì)鋼材表面脫碳 層厚度影響甚微。而由鋼坯到鋼材的延伸系數(shù)小，鋼坯表面的脫碳層厚度對(duì)鋼材 的影響比較大，所以鋼坯的加熱要謹(jǐn)慎，要注意防止脫碳。為了減少脫碳層厚度， 在加熱過程中要盡

43、量采用較低的加熱溫度和較短的加熱時(shí)間， 在高溫區(qū)應(yīng)避免長(zhǎng) 時(shí)間的加熱，爐內(nèi)的氣氛要控制在還原性氣氛中。 降低鋼坯的加熱溫度不僅可以 減少脫碳層厚度，而且由于加熱溫度降低的結(jié)果，鋼材的終軋溫度也會(huì)相應(yīng)地降 低，這對(duì)于降低碳化物網(wǎng)狀的級(jí)別也是有益的。2.3.2軸承鋼熱軋的組織變化2.3.2.1不同軋制條件下GCr15變形奧氏體的再結(jié)晶規(guī)律將GCr15軸承鋼加熱到11001250C在奧氏體單相區(qū)熱軋時(shí)其變形奧氏體的再結(jié)晶數(shù)量、奧氏體晶粒的平均弦長(zhǎng)與軋制工藝參數(shù)的關(guān)系如圖2-5所示。(a)變形奧氏體再結(jié)晶數(shù)量與形變量的關(guān)系(洽量數(shù)晶結(jié)再體氏奧- - - - - t - - - - - - _40200

44、080604020m心長(zhǎng)弦均平粒晶體氏奧變形量/%b)奧氏體平均尺寸與形變量的關(guān)系圖2-5 GCr15變形奧氏體再結(jié)晶數(shù)量和平均尺寸與形變量的關(guān)系從圖2-5中看出，當(dāng)軋制溫度一定時(shí)，隨著道次變形量的增大，軋后奧氏體 的再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)增多，而奧氏體晶粒平均弦長(zhǎng)減小。由于變形量加大，使變形奧氏體晶粒拉長(zhǎng)，奧氏體晶界面積增多，畸變能加大，奧氏體再結(jié)晶形核部位增多， 形核速度加快，促使變形奧氏體再結(jié)晶數(shù)量增多，晶粒尺寸減小。特別是在軋制溫度提高時(shí)，奧氏體再結(jié)晶速度加快，再結(jié)晶數(shù)量增多，晶粒細(xì)化。奧氏體晶粒細(xì)化有利于碳化物析出地點(diǎn)增多， 分散，對(duì)改善網(wǎng)狀碳化物是有 利的。根據(jù)這一原理，在較高溫度下加大變形

45、量對(duì)細(xì)化奧氏體晶粒、均勻組織是有利的。軋后停留時(shí)間加長(zhǎng)，或在高溫軋后采用空冷，則奧氏體晶粒開始長(zhǎng)大， 網(wǎng)狀碳化物析出聚集，網(wǎng)狀碳化物級(jí)別提高， 這是不利的。因而軋后應(yīng)當(dāng)采取快 速冷卻到某一溫度，以防止奧氏體晶粒長(zhǎng)大和碳化物析出。GCr15軸承鋼熱軋后奧氏體發(fā)生再結(jié)晶的臨界變形量受加熱溫度、軋制溫度和軋后停留時(shí)間等因素的影響。當(dāng)加熱溫度一定時(shí)，軋后的變形奧氏體再結(jié)晶區(qū) 域圖如圖2-6所示。圖2-6形變溫度和臨界形變量對(duì)再結(jié)晶的影響於量形變界臨圖2-6中分成GCr15軸承鋼的變形奧氏體再結(jié)晶區(qū)，部分再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié) 晶區(qū)3個(gè)區(qū)域。這一特點(diǎn)與低碳鋼、低合金鋼及中碳鋼的變形奧氏體再結(jié)晶區(qū)域 圖在本質(zhì)上

46、是一致的，僅在曲線位置有所差別。隨著軋制溫度的降低，變形奧氏體發(fā)生再結(jié)晶臨界變形量增大。變形溫度不小于950C時(shí)，開始再結(jié)晶的臨界變形量為10%左右，完成再結(jié)晶的臨界變形量達(dá)到30%。當(dāng)變形溫度小于850C時(shí)，變形量為20%也不發(fā)生再結(jié)晶。在圖2-6中兩條曲線之間，即開始發(fā)生再結(jié) 晶和完成再結(jié)晶區(qū)間為變形奧氏體的部分再結(jié)晶區(qū)。在這一區(qū)間變形其奧氏體將 由兩部分組成，即一部分發(fā)生再結(jié)晶， 一部分變形奧氏體不發(fā)生再結(jié)晶，形成奧氏體晶粒大小不均組織狀態(tài)。這種混晶組織對(duì)其相變及相變后組織都有不利影 響，在軋制工藝中應(yīng)當(dāng)避免。2.322變形制度對(duì)軸承鋼碳化物析出溫度的影響由于變形誘導(dǎo)析出的作用，促使碳化

47、物在高于平衡條件下析出溫度Arcm之上提前析出，也就是二次碳化物在高溫析出。 析出速度加快，造成網(wǎng)狀碳化物嚴(yán) 重。軋制溫度和變形量對(duì) GCr15軸承鋼二次碳化物的析出溫度 Arcm的影響如圖2-7所示。00OC/度溫出析sorA509009850 -一850%2790095010001050軋制溫度廠 C圖2-7形變溫度和形變量對(duì) GCr15的Arcm溫度的影響當(dāng)鋼的成分一定時(shí)，隨軋制溫度提高，變形量加大Arcm溫度提高。變形量越大則Arcm溫度提高越多，在這種條件下軋后采用空冷則將形成嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳 化物。為了消除或減輕這種影響，軋后則應(yīng)采取快冷。2.323軸承鋼控制軋制的類型和機(jī)理上世紀(jì)90

48、年代，我國(guó)一些合金鋼廠由于設(shè)備條件的影響仍采用奧氏體單相 區(qū)軋制軸承鋼、終軋溫度偏高，在精軋出口處鋼溫達(dá)9001000C，終軋后，鋼材在冷床上進(jìn)行空冷，得到比較嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物和粗片層間距的珠光體組織。 這是由于熱軋變形，促使二次碳化物在高溫提前析出，在空冷條件下，碳化物有較長(zhǎng)時(shí)間析出，碳原子可進(jìn)行長(zhǎng)距離擴(kuò)散的結(jié)果。具有這種組織的軸承鋼，在球化退火前要進(jìn)行正火處理，這就使工藝復(fù)雜化，并且增加了能耗，延長(zhǎng)球化退火時(shí)間，脫碳層加厚，影響了軸承鋼的質(zhì)量?，F(xiàn)在許多軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)都采用控制軋制工藝生產(chǎn)軸承鋼軋材，控制軋制工藝有不同的類型，其機(jī)理也各不相同。按其工藝特點(diǎn)可分為如下幾種工藝。(1) 奧氏體區(qū)

49、和兩相區(qū)控制軋制在熱軋生產(chǎn)中為了降低終軋溫度，減輕網(wǎng)狀碳化物，形成了由高溫開始連續(xù) 軋制，低溫終軋，即兩相區(qū)終軋的控制軋制工藝。工藝特點(diǎn)是：鋼坯加熱溫度比普通熱軋的加熱溫度稍低，防止原始奧氏體晶 粒粗大，一般加熱到10301200C，保溫后，出爐軋制，直到精軋機(jī)列之前或終軋前13道，通過強(qiáng)化冷卻或采用熱軋鋼料待溫的辦法將軋件冷到（奧氏體與碳化物）兩相區(qū)溫度范圍再軋制。其目的是經(jīng)過兩相（奧氏體與碳化物）區(qū)變形使 先共析碳化物與未再結(jié)晶的奧氏體同時(shí)受到塑性加工。未再結(jié)晶的奧氏體經(jīng)變 形，晶粒進(jìn)一步被拉長(zhǎng)，并且在晶粒內(nèi)增加變形帶和位錯(cuò)密度，為細(xì)化珠光體球 團(tuán)尺寸、分散碳化物析出創(chuàng)造了條件。在奧氏體變

50、形的同時(shí)，先析出的碳化物同 樣受到塑性加工，在碳化物中形成大量位錯(cuò)，為碳化物溶解、溶斷、擴(kuò)散和沉積 創(chuàng)造了有利條件，使先析出的碳化物網(wǎng)形成細(xì)小、分散小條狀的碳化物顆粒。這一碳化物網(wǎng)的細(xì)化過程，在一些教科書中或文獻(xiàn)中被叫做網(wǎng)狀碳化物的破碎”經(jīng)過理論分析和試驗(yàn)證明，在奧氏體和碳化物兩相區(qū)的塑性變形對(duì)先析網(wǎng)狀碳化 物的細(xì)化并不是簡(jiǎn)單的 機(jī)械破碎”其網(wǎng)狀碳化物的細(xì)化原因正如前面所說， 是 由于塑性變形使先析碳化物在其本身變形的同時(shí)，在其內(nèi)部形成大量位錯(cuò)，并且在位錯(cuò)密度高的位錯(cuò)線處產(chǎn)生碳的溶解、擴(kuò)散和在曲率半徑大的碳化物表面沉 積，直到高位錯(cuò)線處溶斷，最后形成分?jǐn)嗟臈l狀或半球化的碳化物顆粒。這種預(yù)組織對(duì)

51、以后的球化退火有加速作用， 有利于球化。先析出碳化物的形狀改變程度 取決于在奧氏體區(qū)和奧氏體與碳化物兩相區(qū)的變形制度。該工藝由于軋制溫度低，變形抗力大，某些老式軋機(jī)承受不了。如果采用小 變形量則又降低了碳化物顆粒的細(xì)化效果。 另外，由于待溫，則惡化了勞動(dòng)條件， 降低了軋機(jī)的生產(chǎn)能力。（2）軸承鋼的等溫軋制工藝軸承鋼的等溫軋制工藝特點(diǎn)是將坯料加熱到奧氏體區(qū)溫度，一般為 9001100C,在這一溫度范圍進(jìn)行多道次軋制，使奧氏體晶粒細(xì)化，為等溫軋制創(chuàng)造有利的組織條件。高溫變形后冷卻到 800720C，進(jìn)行等溫軋制，每道軋完 后，由于鋼溫下降而應(yīng)立即返回爐中等溫加熱。 等溫軋制的總變形量為5060%，

52、 隨后在780E保溫0.5h,使析出的碳化物球化。之后，以 4060C /h的冷卻速度 冷卻至650C，然后進(jìn)行空冷，可以得到符合要求的軸承鋼球化組織和硬度。前 蘇聯(lián)某軋鋼廠400軋機(jī)上采用上述控軋工藝已經(jīng)軋制出 842mm的GCr15軸承 鋼棒材。經(jīng)過等溫軋制工藝生產(chǎn)的軸承鋼具有細(xì)小的球狀碳化物，彌散地分布在細(xì)小鐵素體基體上，是比較理想的球化組織。另一種等溫軋制工藝是將軸承鋼鋼坯加熱到奧氏體和滲碳體兩相區(qū)溫度進(jìn)行等溫軋制，其作用也是使?jié)B碳體塑性變形，提高位錯(cuò)密度，加快碳化物溶斷、 擴(kuò)散和球化，同樣可以獲得較為理想的球化組織。但是，要進(jìn)行等溫軋制，必須保持軋件溫度一定，多次等溫加熱，這在大生

53、產(chǎn)中是比較困難的，難以在連續(xù)軋制中實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一工藝，只有增加等溫設(shè)備，改造生產(chǎn)線才能適應(yīng)等溫軋制軸承鋼工藝的要求。2.324軸承鋼的控制軋制和控制冷卻工藝軸承鋼的控制軋制工藝在實(shí)際生產(chǎn)中細(xì)化奧氏體晶粒和阻止二次碳化物析 出仍然存在著一定困難。如果軋后采用空冷，由于形變誘導(dǎo)作用，變形促使奧氏體在較高溫度提前析出二次滲碳體，即 Arcm溫度升高，碳化物粗大而量多?？?制軋制之后采用快冷工藝則變形奧氏體晶粒來不及長(zhǎng)大，快冷使Arcm溫度降低，碳化物在低溫下析出，分散而細(xì)小。因此，軸承鋼控制軋制與快冷相結(jié)合，才能 達(dá)到進(jìn)一步細(xì)化奧氏體晶粒和阻止二次滲碳體沿奧氏體晶粒間界析出的目的。軸承鋼有不同類型的控軋工藝，而軋后與控制冷卻相結(jié)合，可以形成下列組 合工藝：（1）高溫再結(jié)晶型控軋與軋后快冷結(jié)合工藝；（2）高溫再結(jié)晶型和未再 結(jié)晶型控軋與軋后快冷結(jié)合工藝；（3）高