轴承钢的生产与发展研究报告(编辑修改稿)

轴承钢的生产与发展研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

们认为 ：轴承钢在淬火温度下，奥氏体的含碳量不是充分均匀的。 在碳化物附近的奥氏体和远离碳化物的奥氏体之间存在着碳的浓度 图 7 细小或粗大球化退火组织的疲劳结果 线 A－细小球化组织的；线 B－粗大球化组织的 差。 碳化物颗粒越大，这种浓度差也越大。 而浓度高和浓度低的地方寿命都不好，这样平均寿命自然也低。 带状碳化物的影响 带状碳化物是由枝晶偏析引起的。 前苏联学者研究了带状碳化物对轴承钢疲劳寿命的影响。 他们将直径为 100mm 的 GCr15SiMn 棒料 (中心区带状组织评级为 级、边缘为 2 级 )在 1150℃扩散退火 15h，得到带状组织小于 级的钢棒；以未经扩散退火的直径为 100mm的钢棒改锻为 60mm，在 790℃进行球化退火；再将两者一同加工成疲劳试样进行试验。 结果表明：扩散退火使纵向和横向试样的接触疲劳强度大大提高。 如果把带状 ~ 级试样的寿命作为 100%，则带状为 级的纵向寿命为 166%，横向为 388%。 网状碳化物的影响 网状碳化物是在热加工变形后的冷却过程中形成的，如果在 800～ 900℃之间冷却速度太慢，则溶解在奥氏体中的碳有足够动力和充分的时间扩散到奥氏体晶粒的边界上析出。 最终在钢中呈沿晶的网络状分布。 关于网状碳化物对性能的影响，研究的不多。 尔 研究发现，随网状级别的增加，接触疲劳强度下降。 冶钢公司一组 GCr15 钢氧含量为 14 106，碳化物网状为 ，与 SKF 一组相同牌号钢氧含量为 8 106，网状为 级的钢材对比。 大冶材的接触疲劳寿命 L L50分别为 SKF 的 和 倍。 液析碳化物的影响 液析碳化物与带状碳化物的起因相同，都起源于枝晶偏析。 当偏析严重达到共晶成分时，形成共晶碳化物。 液析碳化物的影响与带状碳化物大体相当。 由于起因相同，减轻和消除的方法也相同。 残余碳化物含量的影响 用轴承钢加工 成轴承，必须在淬、回火状态下使用，此时钢具有混合组织，通常含有80%(体积比 )的马氏体， 5~10%的残余奥氏体和 7%左右的未溶 /碳化物 — 残余碳化物。 残余碳化物的含量同样影响疲劳寿命。 有的研究结果指出，残余碳化物的含量为 7~8%时，寿命最长。 但这种试验结果是用含碳量一定的钢 (%C)，在不同温度淬火条件下进行实验得出的。 由于淬火加热温度不同，残余碳化物数量固然有变化，但同时马氏体的含碳量也在变化，而马氏体含碳量对疲劳寿命有显著影响。 因此，残余碳化物含量为 7~8%时是否寿命最高，这一结论还是一个问题。 日本学 者用其它成分和 GCr15 相同，而含碳量在 ~%之间变化的钢，对其进行适当的热处理，使马氏体中的含碳量保持一定，均为 %，在这样的条件下研究残余碳化物含量对疲劳寿命的影响。 结果表明，残余碳化物含量由 %减少到%，疲劳寿命提高。 研究造成疲劳剥落区附近的显微组织时发现，疲劳裂缝都是在碳化物和马氏体的界面上传播的。 这是因为碳化物和马氏体交界处碳浓度高，易引起应力集中，从而产生裂纹。 残余碳化物一旦增加，碳化物和马氏体的界面增加，于是材料发生破裂的危险也增加。 由此可以推断出，增加残余碳化 物会造成疲劳寿命降低。 但完全不存在残余碳化物也不行，从耐磨性角度考虑，为了防止晶粒粗大引起疲劳寿命降低，存在一定数量的残余碳化物是必要的。 6 国外轴承钢发展概况 工艺及质量水平 发达国家对于轴承钢的生产及其科研极为重视，其中以瑞典、日本、德国等国表现突出。 它们的轴承钢生产状况体现了当今世界轴承钢生产质量的水平和方向。 由于不断采用新技术，轴承钢的氧含量及其它有害元素含量不断下降，疲劳寿命不断提高。 瑞典是世界轴承钢及轴承的生产“王国”，历史悠久，产品质量居世界之冠。 日本则大有后来居上之势，经过 30~40年的努力，加强科研，引进先进技术及装备，优化工艺，使轴承钢的质量跃居世界先进行列。 通过近 100 年来的发展，轴承钢的生产工艺经过了几次大的变化。 其冶炼方法，从 30~40年代传统的酸性平炉、碱性平炉、碱性电弧炉单炼， 60年代的钢包滴流脱气 (SLD)和真空循环脱气法 (RH)精炼 ，发展到今天的综合冶炼工艺，生产工艺复杂，设备较多，但归纳起来只有三种：一是电炉流程：即电炉－二次精炼－连铸或模铸－轧制；二是转炉流程：高炉－铁水预处理－转炉－二次精炼－连铸－轧制；三是特种冶金：真空感应熔炼 (VIM)、电渣重熔 (ESR)等－轧制或锻造。 一般生产普通用途轴承钢采用电炉流程或转炉流程；对特殊用途轴承钢 (如航空轴承等 )，则采用特种冶金流程生产。 表 1~2列出了世界典型轴承钢生产厂的生产工艺及质量。 下面以瑞典 SKF 公司、日本山阳特殊钢公司和德国克虏伯钢公司为例说明轴承钢生产工艺的发展及现状。 表 1 世界各主要轴承钢生产厂的生产工艺及钢中微量含量元素 国家 厂名 生产工艺 106 Ti 106 Al % S % P % 瑞典 SKF EAF除渣 ASEASKFIC() 日本 山阳 90tEAF倾动式出钢 LFRHIC 90tEAF倾动式出钢 LFRHCC 90tEAF 偏心炉底出钢LFRHIC 14~15 ~ ~ — 日本 神户 铁水预处理 转炉吹炼 倒包除渣 ASEASKFCC(立弯式大截面坯 ) 15 ~ 日本 爱知 80tEAF真空除渣 LFRHCC 15 日本 和歌山 转炉 CC 转炉 RHCC 22 12 — — — — — 日本 高周波 EFASEASKF EFASEASKF 吹 Ar 20 9 德国 蒂森 高炉 140t 转炉 TBMRH喂丝IC 高炉 140t 转炉 TBMRH喂丝IC － － － － － － － － 瑞典轴承钢的生产技术现状 SKF 公司是世界上著 名的跨国集团公司，经营项目很多，主要包括：机械设备、轴承、 钢材等。 其中 SKF轴承公司是世界上最大的轴承公司，它有 Hofors 和 Hellefors 两个炼钢厂，是欧洲轴承钢的主要生产厂家，年生产直接还原铁 50000t，钢锭 700000t(几乎全是轴承钢 )。 60 年代以前，轴承钢采用酸性平炉生产，完全不存在点状 (D型 )氧化物夹杂，有着极其一致的纯净度，因而具有良好的耐疲劳性能。 但是由于酸性平炉不能去除磷和硫，对原材料要求极为苛刻，生产效率低，在激烈的竞争机制中很难满足需要。 表 2 非金属夹杂物评级 厂名 工 艺 非金属夹杂物分类评级 A B C D 细 粗 细 粗 细 粗 细 粗 SKF 100tEAFASEASKFIC 0 0 0 0 0 山阳 90tEAFTSTLFRHCC 90tEAFEPTLFRHCC 0 0 0 0 0 0 蒂森 EAFRHIC TBM(转炉 )RHIC TBMRHCC TBMRH+Ca 1 0 0 0 因此， 60－ 70年代，采用碱性电弧炉配合 DH 脱气处理，但由于没有加热手段， DH 脱气钢质量分散性较大，氧含量波动在 25 10－ 6左右。 在此期间 (60 年代中期 )SKF 公司与 ASEA电气公司共同开发了 ASEA－ SKF 桶炉真空精炼法，又称 SKF－ MR 法。 SKF－ MR 法是 SKF熔炼加精炼的意思，是一种两步炼钢法。 由一个在氧化条件下快速熔炼的 SKF 双壳炉体和一个在还原条件下精炼的 ASEA－ SKF桶炉所组成，双壳炉体是带有两个炉壳的电弧炉，它有两个可以旋转的炉顶，共用一套电极升降装置、一套电源。 这种双壳炉体的目的是为了尽可能利用变压器的最大功率。 在一个壳体内熔炼的同时，在另一壳体内进行其它操作，包括出钢、补炉、装料及废钢预热。 在出钢至ASEA－ SKF 钢包之前，在双壳炉体内将磷的含量降至允许值以下。 ASEA－ SKF桶炉则由一个钢包和钢包车、一个带电极的炉 顶和一个真空炉顶组成，并配备电磁搅拌器，可在桶内进行诸如除渣－电磁搅拌－加热－脱氧－合金化－脱硫－脱碳 (也可在真空下 )－真空脱气－浇铸 (模铸，也可以连铸 )等不同的冶炼工序。 这意味着除了脱磷以外， 熔炼以后的所有。