轴承钢的开发与生产

轴承钢的开发与生产2对轴承钢的基本性能要求提纲推荐生产的轴承钢情况生产GCr15钢的质量控制连铸过程的质量控制12345常规检验项目•轴承是“工业的心脏”。•轴承用钢是特钢产品中生产难度较大的钢类之一。•2009年和2010年我国轴承钢产量分别为350万吨和358万吨，占当年特钢产量的7.8％和7.6％。•轴承钢总产量连续6年列为世界第一，高等级轴承钢仅占1/5；高质量轴承钢仅占34％；多数为高碳含铬轴承钢、中碳轴承钢和渗碳表面硬化轴承钢，而不锈耐蚀、高温难溶及防磁类型的轴承钢比例在3.8％以下（约13～15万吨）。3•轴承钢按用途分类，农业机械、家庭电器、文体用品以及玩具所采用的轴承钢多数为GCr15或GCr15SiMn或G8Cr15，约占国内轴承钢产量的82.5％，其中还包括含Cr量不达标、甚至不含Cr的65Mn钢充杂在内，不要求疲劳性能、不计较使用寿命，危害无穷。451、对轴承钢的基本性能要求•表1轴承性能和特性及其对轴承材料的要求•表2影响轴承破损的因素轴承性能要求轴承应具有的特性对轴承材料的要求耐高荷重抗变性强度高硬度高能进行高速回转摩擦和磨损小耐磨强度高回转性能好回转精度高，尺寸精度高纯净度、均匀度高具有互换性尺寸稳定性好能够长期使用具有耐久性疲劳强度高轴承设计材质及其热处理轴承制造安装负荷运转维护滚动体个数基体材料的强度研磨质量配合级别负荷方向润滑方法粘度滚动体直径材料的纯净度精加工精度安装误差负荷大小转速添加剂套圈的壁厚轴承三大件硬度差残余应力间隙大小负荷变化介质温度异物节圆直径残余应力大小表面粗糙度轴的刚性停歇时间转差率水分保持器滚动体槽半径纤维组织方向形状准确度消震装置滚轴的长度锻压比两个核心的技术指标•（1）钢的洁净度•夹杂物的存在破坏金属的连续性，夹杂物相当于微观缺陷和初始裂纹，要求：6[O]5～10×10-6[H]1～2×10-6[N]20～50×10-6图1轴承钢氧含量与疲劳寿命的关系两个核心的技术指标•（2）化学成分的均匀性和碳化物的均匀性7图2影响轴承钢疲劳寿命的主要因素2、推荐生产的轴承钢情况•推荐生产GCr15或低碳含量的G8Cr15，或调整Si、Mn含量的GCr15SiMn，或补充Mo的GCr15，相当的国外轴承钢牌号：8俄罗斯ГocT，Шx15美国ASTMA296-52100FAGUONFA35-5656德国DIN17230-100Cr6日本JISG4805SUJ2(SUJ3、SUJ5）国际标准ISO683XXII-No.1GCr15与SUJ2比较牌号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为高碳含铬轴承钢，典型的轴承钢之一，综合性能好，淬回火硬度高，均匀性好，具有良好的耐磨性，热加工性好，球化退火后切削性能好。中国与日本轴承钢杂质元素含量及其寿命对比10国内外生产轴承钢工艺流程举例11国外轴承钢的生产特点•1）炉子大型化。由于大容量（≥80t）的电炉或转炉提供粗钢水，减少了耐火材料之间的接触，大大提高了生产效率，减低了生产成本；•2）除渣。为了冶炼出氧含量很低的轴承钢，必须把带有氧化反应的熔化过程与精炼过程分开。国外普遍采用无渣出钢（如EBT）、真空吸渣和换钢包除渣等技术，将氧化渣彻底排除；•3）铝脱氧。如果只采用真空脱氧，钢中氧含量可高达0.002％以上，为了提高钢的纯净度，在精炼前预先采用铝沉淀脱氧；12山阳特殊钢厂不同工序轴承钢T[O]变化国外轴承钢的生产特点•4）较长的搅拌时间。真空或非真空条件下长时间搅拌，保证夹杂物充分上浮；为了保证长时间搅拌，精炼炉必须具备加热功能，以补偿其温度损失；•5）高碱度渣精炼。一般将精炼渣碱度控制在4－6之间。•6）连铸。由于轴承钢碳含量高，生产的铸坯易产生偏析、中心偏析和裂纹等缺陷，加之轴承钢对非金属夹杂物和碳化物的要求严格，所以轴承钢的连铸工艺要求较为严格。1314开发的高Al2O3渣系能够显著提高夹杂物转变程度渣系MgOAl2O3SiO2CaOMnOFetOA8.39~9.5540.12~41.875.73~8.0741.65~44.00.065~0.120.16~0.59B6.7~9.4522.69~24.2211.23~11.8654.62~56.440.058~0.0960.2~0.39电炉与转炉生产流程相比较•转炉生产的铁水质量稳定•采用铁水预处理•终点成分控制水平高•气体含量低。•二者的精炼、连铸效果相当。15不同炼钢工位GCr15轴承钢的合金化方式16GCr15轴承钢生产工艺及化学成分的过程控制17国外生产轴承钢的技术发展方向（跟进对策）•不断提高装备水平和真空设备运行率；•2）严格执行标准；•3）提高压缩比，采用大断面方坯连铸机。由于目前我国特钢企业方坯断面多为200×200mm2左右的连铸机，由于铸坯断面较小，尚未普遍采用轻压下技术，致使国产连铸坯存在严重的疏松与偏析，致使我国轴承钢质量与先进国家相比有较大差距；•4）研究大方坯用的轴承钢专用保护渣；18国外生产轴承钢的技术发展方向（跟进对策）•5）极低氧含量（3～4×10-6），轴承钢的生产工艺研究及同时控制其钢中夹杂物和碳化物的形态、尺寸和分布；•6）低氧情况下轴承钢中硫的行为；•7）精炼渣系的研究，VD精炼渣系的研究，制定符合轴承钢的精炼渣系；•8）加强铸坯高温均热扩散、实现低温轧制、优化球化退火工艺，使碳化物颗粒大小分布均匀，改善带状组织。193、生产GCr15钢的质量控制•[H]控制措施•在高真空度下适当增大搅拌强度；•提高装备水平，增大真空设备的抽气能力；•采用M-EMS，电磁搅拌使钢水旋转，旋转的钢水使气体集聚长大并上浮，钢中氢含量也得到相应减少；•铸坯及轧后材缓冷是杜绝由[H]引起的白点的最佳选择。20[O]的控制措施•（1）控制钢水原始氧含量；•（2）建立合理的脱氧制度；•（3）选择合适的精炼渣系；•（4）VD真空处理的真空度应达到67Pa•（5）制定合理的吹氩制度；•（6）控制残铝含量。21日本山阳轴承钢高碱度渣实例成分CaOSiO2Al2O3MgO含量，％57.813.315.84.3兴澄特钢轴承钢精炼渣成分成分CaOSiO2Al2O3MgO（FeO+MnO）含量，％55～6210～2015～255～120.522[O]和夹杂总量的关系酸溶铝含量与B类夹杂4、连铸过程的质量控制•钙处理易形成大颗粒铝酸钙，难以排除，对钢的接触疲劳强度有害；•采用矩形连铸坯，改善心部偏析；•低过热度浇铸，稳定在15～20℃，要求温度波动小，拉速稳定；•采用低拉速弱冷工艺（0.6～0.8m/min，气雾冷却0.25～0.3L/kg）。2324结晶器搅拌和组合搅拌的中心偏析比较，C——平均碳含量，N——试样数结晶器电磁搅拌的质量改善•国内轴承钢普遍存在表面质量差，尺寸精度不高、内部质量不稳定、成分波动范围大等现象。如表面有断续裂纹、脱碳层超标、中心疏松、碳化物不均匀超标、组织不合格、钢种非金属夹杂物级别和氧、钛含量偏高。25轴承钢非金属夹杂物的评级•国外主要轴承钢厂家所采用的工艺方法及钢中微量元素的含量（％）265、常规检验项目•化学成分•棒材尺寸公差•棒材的弯曲度（热轧材1.5/1000）•热轧材表面划痕深度27直径表面划痕允许深度，mm250.40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、常规检验项目•脱碳层深度28直径表面脱碳层深度，mm250.40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•钢的显微组织•钢的低倍试验•夹杂物评级（洁净度）•塔形试验（15mmD150mm)•295、常规检验项目30建议轴承钢生产工艺流程“双渣”吹炼；高拉碳控制技术；高效挡渣技术。7～10kg/t渣料;强脱氧，夹杂物转化;提高效率，缩短时间.高Al2O3、高碱度渣；强直接与间接脱氧；搅拌与炉内气氛控制的精细配合。精炼初期Ar流量控制；防止VD时间过长，混渣造成夹杂物量增加；VD后软搅拌精细控制。M－EMS优化；拉速－二冷精确配合；严格保护浇铸；表面、内部裂纹控制。谢谢