第一節(jié) 軸承鋼生產(chǎn)工藝流程 分析

軸承鋼的制作方法：鋼廠采用真空脫氣的冶煉方式，連續(xù)鑄造成鋼棒（或模鑄），鍛壓成型比6以上，鋼材熱軋后進(jìn)行球化退火，再進(jìn)行冷拔加工；然后，按照規(guī)定的各種技術(shù)條件供貨（如：非金屬夾雜物、脫碳層深度、尺寸公差、形狀、外觀、硬度、組織等指標(biāo)）。

軸承鋼棒料經(jīng)過旋削加工一次成型后，就進(jìn)入到熱處理工序。

1、軸承鋼的軋制生產(chǎn)工藝

根據(jù)軸承鋼的技術(shù)要求和鋼種特征，軸承鋼生產(chǎn)的大致工藝過程如下：

1）加熱

軸承鋼在冶煉后鑄成的鋼錠有熱錠和冷錠之分，熱錠可以利用鋼錠的余熱進(jìn)行紅送，裝入初軋工序的均熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫擴(kuò)散加熱，而冷錠則應(yīng)及時退火，并可以對鋼錠的表面進(jìn)行清理。

由于此鋼種的導(dǎo)熱性較差，在開坯或成材的軋前加熱時速度不宜過快，鋼坯入爐時的爐尾溫度不宜過高，應(yīng)小于700℃。高碳鋼的加熱溫度區(qū)間比較窄，通常在150℃～1200℃之間。溫度過低時變形抗力較大，而溫度過高則會出現(xiàn)過熱和過燒缺陷。軸承鋼的過燒溫度約為1220℃，一般的加熱溫度在1 100℃～1 180℃之間為宜。

軸承鋼在加熱過程中的脫碳傾向很大。以GCr15為例，在鋼的熱加工過程中的脫碳層厚度可達(dá)0.3mm～0.8mm，對軸承制品的表面硬度和強(qiáng)度有很大的影響。為了減少脫碳層厚度，在加熱過程中要盡量采用較低的加熱溫度和較短的加熱時間，在高溫區(qū)應(yīng)避免長時間的加熱，爐內(nèi)的氣氛要控制在還原性氣氛中。

為了減輕鋼材的脫碳現(xiàn)象，近年來大冶特鋼曾在熱加工和退火工序進(jìn)行鋼材的表面涂抹防脫碳的保護(hù)涂層的試驗，效果比較好。

2）軋制

在高溫時，高碳軸承鋼也具有良好的塑性，可以用較大的壓下量進(jìn)行軋制。在軋后冷卻時，濃度較高的碳會沿著奧氏體的晶界析出，形成網(wǎng)狀碳化物。因此，鋼的終軋溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在800℃～850℃之間，以利于破碎網(wǎng)狀碳化物。溫度高于850℃時，鋼材在冷卻過程中會析出網(wǎng)狀碳化物；溫度低于800℃時碳化物開始析出，富集的碳化物偏析會隨著金屬的變形，延伸成帶狀碳化物。

3）控制冷卻

對于球化退火狀態(tài)交貨的軸承鋼，在軋后和退火前需要降低網(wǎng)狀碳化物的級別，得到晶粒細(xì)小的奧氏體組織。為了達(dá)到這一要求，除了上述控制終軋溫度的方法外，另一個最有效的方法是對軋后的鋼材進(jìn)行控制冷卻，而且它也是破除網(wǎng)狀碳化物和細(xì)化晶粒的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

控制軋制和控制冷卻是近十幾年來發(fā)展起來的新技術(shù)，在國內(nèi)外已得到普遍使用。軸承鋼控制冷卻的工藝主要是：

軋后的鋼材要穿水快速冷卻至500℃左右，此時鋼材內(nèi)外的表面溫差較大，可依靠鋼材芯部的熱量使鋼材表面逐漸返紅至660℃，然后緩慢冷卻。這時鋼材可以在返紅過程中完成組織轉(zhuǎn)變?？焖倮鋮s的目的是抑制鋼中網(wǎng)狀碳化物的析出，降低網(wǎng)狀碳化物的級別，同時可以使珠光體的轉(zhuǎn)變在較低的溫度下進(jìn)行，得到晶粒細(xì)小的奧氏體組織，為隨后的球化退火提供良好的預(yù)備組織，以提高球化質(zhì)量、縮短球化時間。

目前國內(nèi)外軸承鋼的控制冷卻主要采用雙套管冷卻器、環(huán)形噴嘴冷卻器及湍流管冷卻器等。

4）球化退火

若用戶需對軸承鋼產(chǎn)品直接進(jìn)行冷加工時，鋼材應(yīng)進(jìn)行球化退火，以使鋼材獲得合適的硬度及細(xì)小的珠光體球化組織，以便于加工。由于鋼材在退火過程中還會繼續(xù)發(fā)生氧化和脫碳，因此，軸承鋼的退火多數(shù)是在通有氮氣、氫氣等的保護(hù)氣氛的連續(xù)退火爐內(nèi)進(jìn)行，這樣可以減輕鋼材的氧化和脫碳。據(jù)統(tǒng)計，在通有保護(hù)氣體的爐內(nèi)退火，脫碳層的厚度最多只增加0.1mm左右。

2、熱處理工藝

1）退火：退火是生產(chǎn)中常用的預(yù)備熱處理工藝，是把鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。其目的是消除或減少鑄、鍛及焊件的內(nèi)應(yīng)力與化學(xué)成分的組織不均勻性；能改善和調(diào)整鋼的機(jī)械性能及工藝性能，為我們的旋削加工工序作好組織準(zhǔn)備（簡單的說：降低硬度，便于加工，為淬火做準(zhǔn)備）。

2）淬火與回火：軸承鋼的淬火與回火是熱處理工藝中很重要的、應(yīng)用非常廣泛的工序。淬火能顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度。如果再配以不同溫度的回火，即可消除（或減輕）淬火內(nèi)應(yīng)力，又能得到強(qiáng)度、硬度和韌性的配合，滿足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的兩道熱處理工藝。

（1）淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于臨界冷卻速度（Vc）冷卻，以得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。

（2）回火是將淬火鋼加熱至A1點以下某一溫度保溫一定時間后，以適當(dāng)方式冷到室溫的熱處理工藝。它是緊接淬火的下道熱處理工序，同時決定了鋼在使用狀態(tài)下的組織和性能，關(guān)系著工件的使用壽命，故是關(guān)鍵工序。

第二節(jié) 國外軸承鋼生產(chǎn)工藝發(fā)展階段比較

軸承的接觸疲勞壽命對鋼組織的均勻性非常敏感。提高潔凈度(減少鋼中的雜質(zhì)元素和夾雜物含量)，促使鋼中的非金屬夾雜物和碳化物細(xì)小均勻分布，可以提高軸承鋼的接觸疲勞壽命。軸承鋼使用狀態(tài)下的組織應(yīng)是回火馬氏體基體上均勻分布著細(xì)小的碳化物顆粒，這樣的組織可以賦予軸承鋼所需要的性能。高碳軸承鋼中的主要合金元素有碳、鉻、硅、錳、釩等。

如何獲得球化組織是軸承鋼生產(chǎn)中的重要問題，控軋控冷是先進(jìn)軸承鋼的重要生產(chǎn)工藝。通過控軋或軋后快冷消除了網(wǎng)狀碳化物，獲得合適的預(yù)備組織，可以縮短軸承鋼球化退火時間，細(xì)化碳化物，提高疲勞壽命。近年來，俄羅斯和日本采用低溫控軋(800℃～850℃以下)，軋后采用空冷加短時間退火，或完全取消球化退火工藝，就可得到合格的軸承鋼組織。軸承鋼的650℃溫加工也是新型技術(shù)。共析鋼或高碳鋼熱加工前若具有細(xì)晶粒組織或在加工過程能形成細(xì)晶粒，則在(0.4～0. 6)熔化溫度范圍內(nèi)，在一定應(yīng)變速率下，呈現(xiàn)出超塑性。美國海軍 研究 院(NSP)對5 2100鋼進(jìn)行了650℃溫加工試驗表明，在650℃下真應(yīng)變2.5不發(fā)生斷裂。因此，有可能以650℃溫加工來代替高溫加工并與球化退火工藝結(jié)合起來，這對簡化設(shè)備和工序、節(jié)約能源、提高質(zhì)量有重要意義。

在熱處理方面，在提高球化退火質(zhì)量，獲得細(xì)小、均勻、球形的碳化物以及縮短退火時間或取消球化退火工序的 研究 方面有了進(jìn)展，即盤條生產(chǎn)采用兩次組織退火，將拉拔后的720℃～730℃再結(jié)晶退火改為760℃的組織退火。這樣可以得到硬度低、球化好、無網(wǎng)狀碳化物的組織，關(guān)鍵要保證中間拉拔減面率≥14%。該工藝使熱處理爐的效率提高25%～30%。連續(xù)式球化退火熱處理技術(shù)是軸承鋼熱處理的發(fā)展方向。

各國都在 研究 和開發(fā)新型軸承鋼，擴(kuò)大應(yīng)用和代替?zhèn)鹘y(tǒng)的軸承鋼。如快速滲碳軸承鋼，通過改變化學(xué)成分來提高滲碳速度，其中碳含量由傳統(tǒng)的0.08%～0.20%提高到0.45%左右，滲碳時間由7小時縮短到30分鐘。開發(fā)了高頻淬火軸承鋼，用普通中碳鋼或中碳錳、鉻鋼，通過高頻加熱淬火來代替普通軸承鋼，既簡化了生產(chǎn)工序又降低了成本，并提高了使用壽命。日本研制的GCr465、SCM465疲勞壽命比SUJ—2高2～4倍。由于在高溫、腐蝕、潤滑條件惡劣的環(huán)境下使用軸承愈來愈多，過去使用的M50(CrMo4V)、440C(9Cr18Mo)等軸承鋼已不能滿足使用要求，急需研制加工性能好、成本低、疲勞壽命長、能適合不同目的和用途的軸承用鋼，如高溫滲碳鋼M50NiL、易加工不銹軸承鋼50X18M以及陶瓷軸承材料等。

針對GCr15SiMn鋼淬透性低的弱點，我國開發(fā)了高淬透性和淬硬性軸承鋼GCr15SiMo，其淬硬性HRC≥60，淬透性J60≥25mm。GCr15SiMo的接觸疲勞壽命L10和L50分別比GCr15Si Mn提高73%和68%，在相同使用條件下，用G015SiMo鋼制造的軸承的使用壽命是GCr15SiMo鋼的兩倍。近年來，我國還開發(fā)了能節(jié)約能源、節(jié)約資源和抗沖擊的GCr4軸承鋼。與GCr15相比，GCr4的沖擊值提高了66%～104%，斷裂韌性提高了67%，接觸疲勞壽命L10提高了12%。GCr4鋼軸承采用高溫加熱—表面淬火熱處理工藝。與全淬透的GCr15鋼軸承相比，GCr4鋼軸承的壽命明顯提高，可用于重載高速列車軸承。

第三節(jié) 我國軸承鋼生產(chǎn)工藝創(chuàng)新歷程與途徑

國外部分企業(yè)的成功經(jīng)驗表明，用于 研究 開發(fā)的投資占企業(yè)銷售額的1%時，企業(yè)難以生存，占2%時可勉強(qiáng)維持，占5%時才有競爭力，我國軸承鋼企業(yè)用于 研究 開發(fā)的投資平均水平并不高。

針對上述 行業(yè) 發(fā)展中存在的問題，我國軸承鋼 行業(yè) 應(yīng)走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路，建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。要健全產(chǎn)學(xué)研一體化的技術(shù)創(chuàng)新體系，要探索建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，構(gòu)建企業(yè)與優(yōu)秀的 研究 院所和著名的高校相結(jié)合的共性技術(shù)創(chuàng)新平臺，瞄準(zhǔn)發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)與裝置，共同開發(fā)、共擔(dān)風(fēng)險、聯(lián)合競爭、共同受益。

第四節(jié) 國內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)設(shè)備簡介

高碳鉻軸承鋼主體生產(chǎn)設(shè)備

第五節(jié) 國內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

1、固琦GQ-DRL型電弧爐的應(yīng)用及其特點固琦GQ-DRL型電弧爐的應(yīng)用及其特點

用電弧爐燃燒測定碳硫，不僅可與容量法、電導(dǎo)法配套聯(lián)測，也可與紅外法配套聯(lián)測。測定的品種，不僅限于鋼鐵試樣，而且對鐵合金、爐渣、礦石、水泥、玻璃、碳焦、有色金屬等樣品中的碳和硫的測定，若采用不同的添加劑和適宜的工藝均能得到較好的結(jié)果。更引人注目的是，電弧爐與電導(dǎo)法配套可測低碳（ω（C）0.001%）低硫（ω（C）0.0001%），測得結(jié)果，可與紅外法相媲美。

GQ-DRL型電弧爐的特點：

它與管式爐相比，具有：快、準(zhǔn)、簡、廉的特點。

快：用管式爐熔化試樣時，從預(yù)熱到熔化需2～3min，再加上整個 分析 過程，大約需要4～5min左右才能報出測定的結(jié)果。電弧爐燃燒時間需15s左右，從引弧到報出 分析 結(jié)果僅有1min?？梢姡娀t的采用，有利于碳、硫測定實現(xiàn)高速化。

2、國內(nèi)蓄熱式加熱爐的應(yīng)用

鋼鐵企業(yè)軋鋼領(lǐng)域蓄熱式換熱技術(shù)的應(yīng)用，從爐型上分：有推鋼式加熱爐；步進(jìn)梁式加熱爐；車底式爐；均熱爐；罩式爐；帶材連續(xù)式熱處理爐及冶煉連鑄領(lǐng)域的烘烤設(shè)備。

從匹配的軋機(jī)分：棒材、高速線材、中厚板、熱帶、H型鋼、及型鋼等加熱爐。其中以步進(jìn)梁爐為主。

從加熱的鋼種分：普碳、低和金和特殊鋼加熱爐。(暫無加熱硅鋼坯的業(yè)績)

從爐子產(chǎn)量分：小時產(chǎn)量幾十噸至幾百噸。

從加熱鋼坯規(guī)格分：方坯最長達(dá)16m，斷面最大為300×400mm；板坯最長達(dá)15.6m；板坯厚：250mm~300mm。

由上述情況可見，蓄熱式加熱爐的應(yīng)用范圍已經(jīng)涵蓋軋鋼生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。

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