軸承鋼的開發(fā)與生產(chǎn)

軸承鋼的開發(fā)與生產(chǎn)2對軸承鋼的基本性能要求提綱推薦生產(chǎn)的軸承鋼情況生產(chǎn)GCr15鋼的質(zhì)量控制連鑄過程的質(zhì)量控制1234

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常規(guī)檢驗項目軸承是“工業(yè)的心臟”。軸承用鋼是特鋼產(chǎn)品中生產(chǎn)難度較大的鋼類之一。2009年和2010年我國軸承鋼產(chǎn)量分別為350萬噸和358萬噸，占當年特鋼產(chǎn)量的7.8％和7.6％。軸承鋼總產(chǎn)量連續(xù)6年列為世界第一，高等級軸承鋼僅占1/5；高質(zhì)量軸承鋼僅占34％；多數(shù)為高碳含鉻軸承鋼、中碳軸承鋼和滲碳表面硬化軸承鋼，而不銹耐蝕、高溫難溶及防磁類型的軸承鋼比例在3.8％以下（約13～15萬噸）。3軸承鋼按用途分類，農(nóng)業(yè)機械、家庭電器、文體用品以及玩具所采用的軸承鋼多數(shù)為GCr15或GCr15SiMn或G8Cr15，約占國內(nèi)軸承鋼產(chǎn)量的82.5％，其中還包括含Cr量不達標、甚至不含Cr的65Mn鋼充雜在內(nèi)，不要求疲勞性能、不計較使用壽命，危害無窮。451、對軸承鋼的基本性能要求表1軸承性能和特性及其對軸承材料的要求表2影響軸承破損的因素軸承性能要求軸承應具有的特性對軸承材料的要求耐高荷重抗變性強度高硬度高能進行高速回轉(zhuǎn)摩擦和磨損小耐磨強度高回轉(zhuǎn)性能好回轉(zhuǎn)精度高，尺寸精度高純凈度、均勻度高具有互換性尺寸穩(wěn)定性好能夠長期使用具有耐久性疲勞強度高軸承設計材質(zhì)及其熱處理軸承制造安裝負荷運轉(zhuǎn)維護滾動體個數(shù)基體材料的強度研磨質(zhì)量配合級別負荷方向潤滑方法粘度滾動體直徑材料的純凈度精加工精度安裝誤差負荷大小轉(zhuǎn)速添加劑套圈的壁厚軸承三大件硬度差殘余應力間隙大小負荷變化介質(zhì)溫度異物節(jié)圓直徑殘余應力大小表面粗糙度軸的剛性停歇時間轉(zhuǎn)差率水分保持器滾動體槽半徑纖維組織方向形狀準確度消震裝置滾軸的長度鍛壓比兩個核心的技術指標（1）鋼的潔凈度夾雜物的存在破壞金屬的連續(xù)性，夾雜物相當于微觀缺陷和初始裂紋，要求：6[O]5～10×10-6[H]1～2×10-6[N]20～50×10-6圖1軸承鋼氧含量與疲勞壽命的關系兩個核心的技術指標（2）化學成分的均勻性和碳化物的均勻性7圖2影響軸承鋼疲勞壽命的主要因素2、推薦生產(chǎn)的軸承鋼情況推薦生產(chǎn)GCr15或低碳含量的G8Cr15，或調(diào)整Si、Mn含量的GCr15SiMn，或補充Mo的GCr15，相當?shù)膰廨S承鋼牌號：8俄羅斯ГocT，Шx15美國ASTMA296-52100FAGUONFA35-5656德國DIN17230-100Cr6日本JISG4805SUJ2(SUJ3、SUJ5）國際標準ISO683XXII-No.1GCr15與SUJ2比較牌號CSiMnPSCrMoGCr150.95-1.050.15-0.350.2-0.4≤0.027≤0.0201.3-1.65(Cu+Ni≤0.5)SUJ20.95-1.100.15-0.35≤0.5≤0.025≤0.0251.3-1.6/SUJ30.95-1.100.4-0.70.9-1.15≤0.025≤0.0250.9-1.2/SUJ40.95-1.100.15-0.35≤0.5≤0.025≤0.0251.3-1.60.1-0.25SUJ50.95-1.100.4-0.70.9-1.15≤0.025≤0.0250.9-1.20.1-0.259GCr15為高碳含鉻軸承鋼，典型的軸承鋼之一，綜合性能好，淬回火硬度高，均勻性好，具有良好的耐磨性，熱加工性好，球化退火后切削性能好。中國與日本軸承鋼雜質(zhì)元素含量及其壽命對比10國內(nèi)外生產(chǎn)軸軸承鋼工藝流流程舉例11國外軸承鋼的的生產(chǎn)特點1）爐子大型化化。由于大容容量（≥80t）的電爐或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐提供粗鋼鋼水，減少了了耐火材料之之間的接觸，，大大提高了了生產(chǎn)效率，，減低了生產(chǎn)產(chǎn)成本；2）除渣。為了了冶煉出氧含含量很低的軸軸承鋼，必須須把帶有氧化化反應的熔化化過程與精煉煉過程分開。。國外普遍采采用無渣出鋼鋼（如EBT）、真空吸渣渣和換鋼包除除渣等技術，，將氧化渣徹徹底排除；3）鋁脫氧。如如果只采用真真空脫氧，鋼鋼中氧含量可可高達0.002％以上上，為為了提提高鋼鋼的純純凈度度，在在精煉煉前預預先采采用鋁鋁沉淀淀脫氧氧；12山陽特特殊鋼鋼廠不不同工工序軸軸承鋼鋼T[O]變化國外軸軸承鋼鋼的生生產(chǎn)特特點4）較長長的攪攪拌時時間。。真空空或非非真空空條件件下長長時間間攪拌拌，保保證夾夾雜物物充分分上浮浮；為為了保保證長長時間間攪拌拌，精精煉爐爐必須須具備備加熱熱功能能，以以補償償其溫溫度損損失；；5）高堿堿度渣渣精煉煉。一一般將將精煉煉渣堿堿度控控制在在4－6之間。。6）連鑄鑄。由由于軸軸承鋼鋼碳含含量高高，生生產(chǎn)的的鑄坯坯易產(chǎn)產(chǎn)生偏偏析、、中心心偏析析和裂裂紋等等缺陷陷，加加之軸軸承鋼鋼對非非金屬屬夾雜雜物和和碳化化物的的要求求嚴格格，所所以軸軸承鋼鋼的連連鑄工工藝要要求較較為嚴嚴格。。1314開發(fā)的的高Al2O3渣系能能夠顯顯著提提高夾夾雜物物轉(zhuǎn)變變程度度電爐與與轉(zhuǎn)爐爐生產(chǎn)產(chǎn)流程程相比比較轉(zhuǎn)爐生生產(chǎn)的的鐵水水質(zhì)量量穩(wěn)定定采用鐵鐵水預預處理理終點成成分控控制水水平高高氣體含含量低低。二者的的精煉煉、連連鑄效效果相相當。。15不同煉煉鋼工工位GCr15軸承鋼鋼的合合金化化方式式16GCr15軸承鋼鋼生產(chǎn)產(chǎn)工藝藝及化化學成成分的的過程程控制制17國外生生產(chǎn)軸軸承鋼鋼的技技術發(fā)發(fā)展方方向（（跟進進對策策）不斷提提高裝裝備水水平和和真空空設備備運行行率；；2）嚴格格執(zhí)行行標準準；3）提高高壓縮縮比，，采用用大斷斷面方方坯連連鑄機機。由由于目目前我我國特特鋼企企業(yè)方方坯斷斷面多多為200×200mm2左右的的連鑄鑄機，，由于于鑄坯坯斷面面較小小，尚尚未普普遍采采用輕輕壓下下技術術，致致使國國產(chǎn)連連鑄坯坯存在在嚴重重的疏疏松與與偏析析，致致使我我國軸軸承鋼鋼質(zhì)量量與先先進國國家相相比有有較大大差距距；4）研究究大方方坯用用的軸軸承鋼鋼專用用保護護渣；；18國外生生產(chǎn)軸軸承鋼鋼的技技術發(fā)發(fā)展方方向（（跟進進對策策）5）極低低氧含含量（（3～4×10-6），軸軸承鋼鋼的生生產(chǎn)工工藝研研究及及同時時控制制其鋼鋼中夾夾雜物物和碳碳化物物的形形態(tài)、、尺寸寸和分分布；；6）低氧氧情況況下軸軸承鋼鋼中硫硫的行行為；；7）精煉煉渣系系的研研究，，VD精煉渣渣系的的研究究，制制定符符合軸軸承鋼鋼的精精煉渣渣系；；8）加強強鑄坯坯高溫溫均熱熱擴散散、實實現(xiàn)低低溫軋軋制、、優(yōu)化化球化化退火火工藝藝，使使碳化化物顆顆粒大大小分分布均均勻，，改善善帶狀狀組織織。193、生產(chǎn)產(chǎn)GCr15鋼的質(zhì)質(zhì)量控控制[H]控制措措施在高真真空度度下適適當增增大攪攪拌強強度；；提高裝裝備水水平，，增大大真空空設備備的抽抽氣能能力；；采用M-EMS，電磁磁攪拌拌使鋼鋼水旋旋轉(zhuǎn)，，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的鋼鋼水使使氣體體集聚聚長大大并上上浮，，鋼中中氫含含量也也得到到相應應減少少；鑄坯及及軋后后材緩緩冷是是杜絕絕由[H]引起的的白點點的最最佳選選擇。。20[O]的控制制措施施（1）控制制鋼水水原始始氧含含量；；（2）建立立合理理的脫脫氧制制度；；（3）選擇擇合適適的精精煉渣渣系；；（4）VD真空處處理的的真空空度應應達到到67Pa（5）制定定合理理的吹吹氬制制度；；（6）控制制殘鋁鋁含量量。21日本山山陽軸軸承鋼鋼高堿堿度渣渣實例例成分CaOSiO2Al2O3MgO含量，％57.813.315.84.3興澄特特鋼軸軸承鋼鋼精煉煉渣成成分成分CaOSiO2Al2O3MgO（FeO+MnO）含量，％55～6210～2015～255～12<0.522[O]和夾雜雜總量量的關關系酸溶鋁鋁含量量與B類夾雜雜4、連鑄鑄過程程的質(zhì)質(zhì)量控控制鈣處理理易形形成大大顆粒粒鋁酸酸鈣，，難以以排除除，對對鋼的的接觸觸疲勞勞強度度有害害；采用矩矩形連連鑄坯坯，改改善心心部偏偏析；；低過熱熱度澆澆鑄，，穩(wěn)定定在15～20℃，要求溫溫度波動小小，拉速穩(wěn)穩(wěn)定；采用低拉速速弱冷工藝藝（0.6～0.8m/min，氣霧冷卻卻0.25～0.3L/kg）。2324結晶器攪拌拌和組合攪攪拌的中心心偏析比較較，——平均碳含量量，N——試樣數(shù)結晶器電磁磁攪拌的質(zhì)質(zhì)量改善國內(nèi)軸承鋼鋼普遍存在在表面質(zhì)量量差，尺寸寸精度不高高、內(nèi)部質(zhì)質(zhì)量不穩(wěn)定定、成分波波動范圍大大等現(xiàn)象。。如表面有有斷續(xù)裂紋紋、脫碳層層超標、中中心疏松、、碳化物不不均勻超標標、組織不不合格、鋼鋼種非金屬屬夾雜物級級別和氧、、鈦含量偏偏高。25軸承鋼非金金屬夾雜物物的評級國外主要軸軸承鋼廠家家所采用的的工藝方法法及鋼中微微量元素的的含量（％％）265、常規(guī)檢驗項項目化學成分棒材尺寸公公差棒材的彎曲曲度（熱軋軋材1.5/1000）熱軋材表面面劃痕深度度27直徑表面劃痕允許深度，mm<250.40以下25～350.50以下35～500.60以下50～800.80以下80～1001.00以下100～1251.20以下125～1601.40以下5、常規(guī)檢驗項項目脫碳層深度度28直徑表面脫碳層深度，mm<250.40以下25～350.50以下35～500.60以下50～800.80以下80～1001.00以下100～1251.20以下125～1601.40以下硬度鋼的顯微組組織鋼的低倍試試驗夾雜物評級級（潔凈度度）塔形試驗（（15mm<D<150mm)295、常規(guī)檢驗項項目30建議軸承鋼鋼生產(chǎn)工藝藝流程“雙渣”吹