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1、文献综述题目：轴承钢的研究进展博学明德 经世致用答 辩 人：马国强 指导教师：卢艳青 专业名称：冶金工程n轴承钢概论n轴承钢质量要求n国内轴承钢发展状况n国外轴承钢发展状况n国内轴承钢生产工艺博学明德 经世致用轴承钢：轴承钢是用于制造滚动轴承的滚珠，滚 柱和套筒的钢种，也可用于制作精密量具，冷冲 。 模，机床丝杠及柴油机油泵的精密偶件。轴承钢 是用来制造滚珠、滚柱.轴承在工作时承受着极 大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀 的硬度和耐磨性 ，以及高的弹性极限。对轴承 钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和 分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有 钢铁生产中要求最严格的钢种之一。博
2、学明德 经世致用二.轴承钢的质量要求博学明德 经世致用滚动轴承的使用寿命和可靠性很大程度上与轴承用钢的冶炼质量有着密切 的关系。由于轴承钢所具有的特性，对冶炼质量的要求比一般工业用钢要 严格得多，如钢的化学成分、纯洁度、组织和均匀性等 一、严格的化学成分要求 一般轴承用钢主要是高碳铬轴承钢，即含碳量1左右，加入1.5左 右的铬，并含有少量的锰、硅元素的过共析钢。铬可以改善热处理性能、 提高淬透性、组织均匀性、回火稳定性，又可以提高钢的防锈性能和磨削 性能。但当铬含量超过1.65时，淬火后会增加钢中残余奥氏体，降 低硬度和尺寸稳定性，增加碳化物的不均匀性，降低钢的冲击韧性和疲劳 强度。为此，高碳
3、铬轴承钢中的含铬量一般控制在1.65以下。只有 严格控制轴承钢中的化学成分，才能通过热处理工序获得满足轴承性能的 组织和硬度.。 博学明德 经世致用二、高精度的尺寸要求 滚动轴承用钢要求钢材尺寸精度较高，这是因为大部分轴承零件都要 经过压力成型。为了节省材料和提高劳动生产率，绝大部分轴承套圈 都是经过锻造成型，钢球是经过冷镦或热轧成型，小尺寸的滚子也是 经过冷镦成型。如果钢材的尺寸精度不高，就无法精确地计算下料尺 寸和重量，而不能保证轴承零件的产品质量，也容易造成设备和模具 的损坏。 三、特别严格的纯洁度要求 钢的纯洁度是指钢中所含非金属夹杂物的多少，纯洁度越高，钢中的 非金属夹杂物越少。轴承
4、钢中的氧化物、硅酸盐等有害夹杂物是导致 轴承早期疲劳剥落、显著降低轴承寿命的主要原因。特别是脆性夹杂 物危害最大，由于在加工过程中容易从金属基体上剥落下来，严重影 响轴承零件精加工后的表面质量。因此，为了提高轴承的使用寿命和 可靠性，必须降低轴承钢中夹杂物的含量。 博学明德 经世致用四、严格的低倍组织和显微(高倍)组织要求 轴承钢的低倍组织是指一般疏松、中心疏松和扁析，显微(高倍)组织包括 钢的退火组织、碳化物网状、带状和液析等。碳化物液析硬而脆，它的危 害性与脆性夹杂物相同。网状碳化物降低钢的冲击韧性，并使之组织不均 匀，在淬火时容易变形与开裂。带状碳化物影响退火和淬火回火组织以及 接触疲劳
5、强度。低、高倍组织的优劣对滚动轴承的性能和使用寿命有很大 的影响，所以，在轴承材料标准中对低、高倍组织有着严格的要求。 五、特别严格的表面缺陷和内部缺陷要求 对轴承钢而言，表面缺陷包括裂纹、夹渣、毛刺、结疤、氧化皮等，内部 缺陷包括缩孔、气泡、白点、严重的疏松和偏析等。这些缺陷对于轴承的 加工、轴承的性能和寿命有很大的影响，在轴承材料标准中明确规定不允 许出现这些缺 .六、特别严格的碳化物不均匀性要求 在轴承钢中，如果出现严重的碳化物分布不均匀，则在热处理加工过程中 就容易造成组织和硬度的不均匀，钢的组织不均匀性对接触疲劳强度有较 大的影响。另外，严重的碳化物不均匀性还容易使轴承零件在淬火冷却
6、时博学明德 经世致用产生裂纹，碳化物不均匀性还会导致轴承的寿命降低因此，在轴承材料 标准中，对不同规格的钢材均有明确的特别要求。 七、 特别严格的表面脱碳层要求 在轴承材料标准中对钢材表面脱碳层有着严格的规定，如果表面脱碳层 超出标准的规定范围，且在热处理前的加工过程中又没有将其全部清除 掉，则在热处理淬火过程中就容易产生淬火裂纹，造成零件的报废。 八、其他要求在轴承钢材料标准中还对轴承钢的冶炼方法、氧含量、退 火硬度、断口、残余元素、火花检验、交货状态、标识等有严格的要求博学明德 经世致用中国轴承钢的发展经历了四个阶段。第一阶段( 1950 1960 年) 是学习和起步阶段, 该阶段仅生产高
7、碳铬轴承 钢。重要轴承均从原苏联进口。 第二阶段( 1961 1975 年) 是自行研究和开发阶段。在钢种方面, 开发出 高温轴承钢、不锈轴承钢、渗碳轴承钢及原子能等尖端科技装备和仪表用的 特种轴承钢材料。在冶炼方面, 开发了电渣重熔、炉外合成渣熔炼及平炉- 电 炉混炼+RH 真空脱气等新技术、新工艺。在热处理方面, 开始探索连续式热 处理炉在轴承钢球化退火中的应用, 为以后的发展奠定了基础。 第三阶段( 1976 1985 年) 是发展和提高阶段。为适应计算机、机器人、 宇航仪表等领域急需高精度、长寿命的轴承产品, 冶金企业围绕提高钢的纯 洁度、改善碳化物不均匀性, 对钢的生产工艺、技术装备
8、和检测仪器等进行 了全面的改造, 相继建立了与18t、30t 电弧炉相配合的VAD (VHD) 、LFV 等精炼设施。 三国内发展状况博学明德 经世致用GCr15 类钢的氧含量从大气下熔炼的3040LgPg 降到了10LgPg 左右,生 产的轴承钢材, 氧含量和接触疲劳寿命已达到80 年代瑞典SKF 和原西德进 口材的实物水平。 但从整体上看, 我国轴承钢生产仍存在炉容量小、全部模铸、轧制及热处理 工艺落后等问题,钢材表面质量、尺寸精度没有得到同步提高, 与国际水平尚 有较大差距。 第四阶段( 19852005 年) 是对标国际先进水平阶段。钢厂炉外精炼技术 趋于成熟, 电炉容量趋于大型化,
9、广泛应用连铸, 已实现连铸坯热送; 钢材纯 洁度显著提高: 钢中氧和钛含量分别达到57LgPg ( 特殊轴承钢的氧含量达 到25LgPg ) 和1012LgPg, 钢中硫含量可控制在01003%以下, 钢材的 碳化物不均匀性得到明显改善, 采用辊底式连续退火炉, 使珠光体组织得到改 善, 钢材的外观尺寸也显著改善。轴承钢生产已趋于专业化生产, 并开始向世 界顶级的NMB、SKF、TIMKEN、NSK 等跨国轴承公司提供钢材。 随着全球经济产业结构的不断调整, SKF、TIMKEN、NSK 等跨国轴承公司 从20 世纪90 年代起向中国投资建设轴承工厂。加上我国轴承行业迅速发展 , 全国轴承年产
10、量在20 亿套以上,产值200 多亿元, 年出口717 亿套, 世界 排名第四。与此同时, 中国轴承钢材目前产能已达200万t 左右。博学明德 经世致用虽然我国已成为轴承钢制造大国, 但离轴承钢制造强国还有相当距离, 主要 表现在以下几个方面: (1) 轴承钢品种，规格不全, 低档次较多,高档次较少。高质量、高性能轴 承钢品种少。从品种方面, 尚未形成高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、中碳轴承 钢、高淬透性轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等专用轴承材料系列。高 纯洁度的精品轴承钢的比例较低。 (2) 轴承钢钢材的质量,性能稳定性较差,外观质量欠佳。 (3) 轴承钢的专业化生产程度较低.中国轴承钢分散在几
11、十个企业生产, 大 部分生产厂家的生产工艺装备不配套,特别是成品工序的装备及其相关在线 检测手段落后, 从而制约国产轴承总体质量的提高和性能的稳定.轿车轴承 用钢、 高速铁路轴承用钢、进口装备用专用轴承用钢、部分高精度、高附加值和 在特殊工况条件下使用的专用轴承(钢材) 仍需进口。博学明德 经世致用轴承使用的金属材料始于青铜、铸铁, 轴承专业化生产后, 开始使用轴承钢 。最初, 人们使用渗碳轴承钢作为轴承材料,1865年铬钢专利诞生, 1901 年, 人们开始使用高碳铬钢和1% 碳钢, 1905年,1%C-115%Cr 的经典轴承钢 材诞生。第一次世界大战后随着汽车,航空工业的发展, 发达国家
12、开始建立轴 承钢的检验标准, 从而推动了轴承钢的质量提高.机械工业的发展使轴承应用 面拓宽, 轴承设计者要求选用不同淬透性能的轴承钢, 促使高碳铬轴承钢系列 化。当时,在美国已有三个钢号, 即52100,51100汽车、航空、原子能工业等 的迅速发展, 对轴承的性能要求不断提高, 如需要高温、高速、高负荷、耐蚀 等苛刻条件下工作的特种轴承。为适应这些轴承的需求, 各国相继研制和开发 了一批具有特殊性能的新钢种, 形成了高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承 钢、高温轴承钢等轴承材料。其中高碳铬轴承钢, 尤其是52100 钢(相当于中 国的GCr15) , 由于综合性能良好、生产简便、价格较低等优点
13、, 得到广泛使 用。高碳铬轴承钢每年的生产量占世界轴承钢总产量的80%以上.20世纪80 年代以来, 军工尖端技术和新技术、新工艺及新装备的开发和应用, 进一步促 进了轴承工业的发展; 经济的全球化更推动了轴承钢标准的国际化。四国外发展状况博学明德 经世致用美国、日本、瑞典等国组建了几条高速度、高质量的轴承钢专业生产线, 轴 承钢的产量猛增, 钢的质量及其疲劳寿命实现了划时代的突破。轴承钢冶金 质量的重要特征参数之一的氧含量指标在20 世纪70 年代末达到10LgPg以 下; 至80 年代末, 已降到5LgPg 。目前, 正向3LgPg 水平靠拢。五国内外生产工艺 博学明德 经世致用轴承生产工
14、艺：轴承钢最传统的生产工艺是采用电炉工艺。目前，国际上电炉生产轴承钢， 按是否采用连铸技术：一类是以瑞典SKF公司为代表的“UHPEAFLFIC”工艺 ；另一类是以日本山阳公司为代表的“UHPEAFLFRHCC”工艺流程。 近年来，SKF流程出现取消真空精炼，采用钢包内铝沉淀脱氧和SKF精炼炉 内吹氩加电磁搅拌的工艺，生产出高质量轴承钢。山阳厂轴承钢生产工艺的 特点之一是采用高碱度渣精炼，生产超纯净轴承钢，钢中硫含量控制s 0.002%。 轴承钢炉外精炼技术，根据对硫的不同控制要求，分为“高碱度渣”和“低碱 度渣”两种精炼工艺 。博学明德 经世致用1.高碱度渣精炼工艺：控制渣中碱度大于3.0，
15、其特点是具有很高的脱硫能 力，同时，高碱度渣的脱氧能力强，可大量吸附ALO夹杂，对轴承钢的质 量危害真甚大。因此，对钢种中铝含量要严格控制，尽可能避免D类夹杂 的生成 。2低碱度渣精炼工艺：控制炉渣碱度=1.2，渣中Tfe小于1.0%。该渣系由于 碱度低，消除含CaO的D类夹杂也有较强的吸附能力和一定的脱硫能力。 并有利于改变钢中夹杂物的形态，大幅度提高塑性夹杂的比例，有利于提 高钢材质量。国内外生产实践证实，各种炉外精炼方法采用合适的脱氧工艺，加强对钢 液的搅拌，都能将氧含量降到很低，而要降低A类和D类夹杂物得数量， 则主要依赖于精炼渣的化学成分。用含高CaO的精炼渣处理轴承钢液，可以提高脱
16、硫效率，将钢中硫含量降 到相当低；在精炼过程中CaO被还原，钢中含钙量增加，使不变形的球 状夹杂物数量升高；另外，由于在真空处理时容易溢渣，烧断氩气管造成 事故，或被迫放慢真空处理节奏，造成钢液温降小。用酸性渣处理钢液时，夹杂物的性质和形态得到明显改善，但氧含量仍较 高夹杂物的数量并未减少。 博学明德 经世致用轴承钢炉外精炼的处理工艺，按采用的精炼设备主要可分为以下三种类： 1）LF+VD精炼工艺。这中工艺是最传统的精炼工艺，适用于电炉生产。优点是 在于进行充分的渣-钢精炼，可以有效地降低钢中含氧量并改变夹杂物形态， 实现高效脱硫 2）RH精炼工艺。多用于转炉。 3) SKF精炼工艺。采用真空，加铝深脱氧和强电磁搅拌促进夹杂物上浮，适合 生产超低硫，氧含量的轴承钢 . 轴承钢连铸工艺： 近几年，轴承钢连铸工艺迅速地发展，特别是日本山阳弧形连铸机生产轴承钢大 圆坯，不仅可用于生产轴套，也可以生产滚动体，标志着轴承钢连铸技术已 经成熟。 结论：1.直弧连铸机通常适合于生产轴承钢。2.连铸机
