轴承钢的工艺.doc
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1、轴承钢是用于制造滚动轴承的滚珠,滚柱和套筒等的钢种,也可用于制作周密量具,冷冲模,机床丝杠及柴油机油泵的周密偶件。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格外严格,是全部钢铁生产中要求最严格的钢种之一。近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面,如无铬轴承钢、中碳轴承钢、特别用途轴承钢及合金、金属陶瓷等取得了很大的进展 。高碳铬轴承钢 GCr15 是世界上生产量最大的轴承钢,含碳 Wc 为 1%左右,含铬量 W 为 15%cr左右,从 1901 年诞生至今 10
2、0 多年来,主要成分根本没有转变,随着科学技术的进步,争辩工作任在连续,产品质量不断提高,占世界轴承钢生产总量的80% 以上。特别钢一般是指具有特别性能或特别用途的钢种。其与一般钢相比具有更高的强度和韧 性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。因其性能特别,打算了它在国民经济及军事工业中占有极其重要的地位。因此,在生产制造特别钢时, 就需要承受特别的工艺装备技术来实现特别的化学成分、特别的组织和性能。随着科学技术的进展,对特别钢产量及品种的需要日益扩大,对质量的要求也越来越严格、苛刻。近年来,围绕提高特别钢性能、质量、品种、效率,降低特别钢本钱、节能降耗、环境友好等方面承受了一系列技术、
3、工艺、装备,使得 特别钢的干净度、均匀度、组织细化度和尺寸精度等有了很大提高。特别钢生产工艺流程主要有 3 种2:1电炉流程即短流程:电炉 二次精炼连铸轧制。2转炉流程长流程:高炉 铁水预处理转炉二次精炼连铸轧制。3特种冶金:特种冶炼如真空感应熔炼、冷坩埚熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等锻造或轧制。这里要指出的是有些钢种的生产至今还必需走模铸 开坯轧制或锻造的工艺流程。因早期特别钢主要承受电弧炉工艺冶炼,习惯上形成了特别钢肯定要用电炉冶炼,特别钢 厂就是电炉钢厂。而客观事实上也确实存在电炉只有生产特别钢才可以有好的经济效益, 特别钢只能由电炉冶炼。这主要是由于早期电炉炼钢
4、的特点和特别钢本身的性质所打算的: 1电炉用废钢中有可利用的合金元素; 2电炉炼钢是靠电弧进展加热的,其温度远远超过 2 000 ,且钢水温度可长时间地准确把握,这样电炉炼钢在难熔合金冶炼、合金化成分及工艺柔性等方面较转炉炼钢有无比的优越性; 3缺乏是炼钢周期长,生产效率低,本钱高废钢、电价昂 贵 , 炉容小,易增碳、吸氮等。冶炼特别钢的力量增加。恰好特别钢产品有合金含量高、多品种、小批量、附加值高等特点,早期用电弧炉炼特别 钢到达了扬长避短的目的。同时人们也始终认为转炉就主要是用来炼一般钢。但是, 1转炉利用纯铁水冶炼特别钢更纯洁; 2废钢中的剩余元素难以去除; 3炉外精炼技术的进步使转炉随
5、着社会废钢资源的积存,直接复原技术的开发,电力工业的进展, 电弧炉炼钢技术大容积电炉、超高功率电炉等和炉外精炼技术的飞速进展 ,特别是电炉出钢时间的缩短, 能与连铸时间良好的匹配,使多炉连浇得以实现,电炉钢厂越来越多地生产一般钢,而转炉钢厂越来越多地炼特别钢。电炉炼钢、转炉炼钢两种方法,无论是炼特别钢还是炼一般钢, 从质量上和经济上越来越接近。由于宇航、火箭、原子能、海洋电子等工业的进展,对所需要的金属或合金质量、 性能、牢靠性、稳定性等的要求越来越高,电弧炉,转炉冶炼的钢质量很难满足这些要求,所以必需使用特种冶金技术。特种冶金包括:真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼
6、等。难熔金属钨、钼、铌、钽及活泼金属钛及钛合金,包括钛、铝金属间化合物等用真空电弧重熔、电子束熔炼以及冷坩埚感应熔炼等方法来制备;高温合金、周密合金以及某些对质量要求很高的合金钢用真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔等方法来生产。真空冶金Vacuum Metallurgy 区分于大气下的冶金过程,广义包括:真空脱气、真空熔炼、真空熔铸、真空蒸馏、真空分解、真空烧结、真空热处理、真空焊接和真空镀膜等。在此特指两种类型:一种是将熔炼和成锭的整个过程在真空下进展,如真空感应熔炼 VIM、真空电弧熔炼VAR、电子束重熔 EBR等等,即特种冶炼方法之一;一种是把大气中钢水进展真空处理,即炉外精炼二次精炼
7、,如 RH 法、VOD 法等。真空冶金使在一般熔炼操作中进展的物理化学反响条件发生了变化,表达在气相压力的降低上。只要冶金反响有气相参与,当反应生成物中气体摩尔数大于反响物中气体摩尔数时, 只要削减系统的压力,则可使平衡反响向着增加气态物质的方向移动,这就是真空冶金物理化学反响的根本特点。其次,在真空条件下,碳具有很强的脱氧力量,其脱氧产物 CO 不断被排解至熔炼系统之外, 抑制了承受金属脱氧剂的脱氧产物污染金属的倾向。在一般的熔炼操作中,金属从大气中吸取氧气、氮气和从水分来的氢气。在真空熔炼中, 就可以避开这些气体的来源。这些气体对于钢和金属的性能都有相当严峻的危害。 不仅如此,在真空感应熔
8、炼过程中,原来存在于原料中的或者已经进入钢水中的气体, 还可以被去除,产生脱气作用,从而提高合金钢的加工使用性能。另外, 在高真空下熔炼,液态金属中某些易挥发性元素,也和气体一样可以不同程度地被排解。这些元素中有很多是有害的, 如铅Pb、锡Sn、砷As、锑Sb、铋Bi;有些则有时有害,有时却是有用的成分,如镁Mg、锰Mn、铜Cu等。有害元素的挥发能提高合金的性能,有用元素的挥发则应实行相应措施加以防止。电渣冶金经过了 60 余年的不断进展 1940 年问世,包括电渣重熔、电渣熔铸、电渣浇铸、电渣转铸、电渣热风顶、电渣自熔模、电渣离心浇铸、电渣直接复原、电渣焊等。重熔精炼成熟工艺有 4 种:电渣
9、重熔、真空电弧重熔、电子束重熔和等离子重熔。 就目前生产应用而言, 电渣重熔金属材料产量居首位,年产量超过其它三种重熔方法产量的总和 2022 年世界电渣钢生产力量超过 120 万t/a。等离子弧熔炼是利用等离子弧作为热源来熔融、精炼和重熔金属的一种型冶炼方法。等 离子弧也是一种电弧,不过电离度更高,其特点是能量更集中,温度高,流速快,弧的电压和电流又相当稳定。等离子弧熔炼经过 40 余年的进展 1962 年创始,在炉型构造,冶金特点等方面,大致可分为四大类:等离子电弧炉PAF;等离子感应炉PIF;等离子电弧重熔PAR;等离子电子束重熔 PEB。总之特种冶金之真空冶金、电渣冶金、等离子熔炼技术
10、,在难熔金属、活泼金属、高温合 金、特别钢锻件生产方面占据重要的地位。但是, 近年来随着二次冶炼技术的进展,用二次精炼方法生产的特别钢,在纯洁度方面已可到达甚至超过特种冶炼的产品, 使得过去要靠特种冶炼方法才能生产的品种现在改用二次精炼方法来生产, 例如,过去用真空电弧重熔或电渣重熔的轴承钢,现在可用 LF+RH 或LF+VD 来生产。试验结果说明,用二次精炼方法获得的超纯轴承钢与真空电弧重熔的相比,二者具有一样的寿命。二次精炼技术的进展,使得特种冶金产品失去一局部市场。3提高钢的干净度近年来,JFE 制钢为了提高钢的干净度,承受了 PERM加减压精炼、LF炉外精炼炉 对钢的生产工艺进展了改进
11、。PERM 法是在转炉冶炼时,使氮、氢等气体溶解在钢中,然后,用 RH 炉真空脱气快速减压,使钢中产生气体,利用这种气体捕获并排解钢液中的夹杂物。JFE 制钢还在 2022 年建LF 炉,大大提高了夹杂物的去除力量。承受上述工艺和设备的效果是:与原有工艺相比,夹杂物个数推测指数削减 34%、夹杂物最大直径指数削减 29%、夹杂物最大直径指数分布的标准偏差削减了 73%。由于承受了具有上述特点的制造技术,JFE 制钢今后将连续向用户供给满足质量要求的高质量轴承钢。轴承作为一个重要的机械传动部件,其内、外套圈及滚动体一般均由轴承钢制成。由于轴 承的工作条件格外简单,故对轴承钢的要求愈来愈严格,对原
12、始组织的要求主要有两方面: 一是高的纯洁度,二是组织均匀。在冶炼过程,特别是在炉外精炼过程中,削减夹杂物的 数量,改善夹杂物的形貌、性质,对冶炼高纯洁轴承钢就显得特别重要。对于不同用途的 轴承钢,可以实行不同的冶炼工艺,以使质量到达要求。国内目前生产一般用途轴承钢,承受炉外精炼工艺,在含氧量和夹杂物数量方面把握较好。生产特别用途轴承钢,则承受电渣重熔工艺,氧含量偏高,但在把握夹杂物形态、尺寸和 分布方面优于精炼,国内外冶炼轴承钢的技术特点比较如下:国内轴承钢冶炼大多数只承受电炉偏心底出钢技术;国外电炉承受无渣出钢技术,转炉初炼, 在钢包中进展真空除渣或炉后扒渣。国内大多数只承受 LF+VD 精
13、炼;国外承受 LF 精炼根底上,进展 RH 真空脱气处理。国内轻压下技术仅处于试验阶段;国外承受轻压下、强压下等液相高压下技术。目前,国内通常承受的电路冶炼工艺在把握全氧含量和夹杂物数量等方面有肯定优势,通 过把握电炉终点碳以降低初始氧含量,承受 LF 全程脱氧、转变精炼渣和集中脱氧, VD 真空脱气及弱搅拌等措施,对轴承钢的生产工艺进展优化,能实现低氧高纯洁轴承钢的冶炼, 但在夹杂物外形和分布上效果不够,易生成大的点状不变形夹杂等。而对一些有特别要求的轴承钢,一般精炼方法无法满足对其质量的要求,可以承受电渣重熔精炼技术对铸坯或钢锭进展重熔。电渣重熔的氧含量虽然会偏高一些,但在把握夹杂物形态、
14、尺寸和分布方面效果较好,夹杂物大多尺寸细小分布均匀。1 钢中夹杂物对轴承钢质量的影响1.1 钢中氧化物夹杂全氧含量、精炼法 EAF-LF-VD1.2 硫化物夹杂1.3 Ti 把握2 轴承钢生产工艺的进展要求工作条件冶炼方法GCr15 钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲乏性能。该钢冷加工塑性 中等,切削性能一般,焊接性能差,对形成白点敏感性能大,有回火脆性。实际就是 Cr15。GCr15 是一种最常用的高铬轴承钢,具有高的淬透性,热处理后可获得高而均匀的硬度。耐磨性优于 GCr9,接触疲乏强度高,有良
15、好的尺寸稳定性和抗蚀性,冷变形塑性中等, 切削性一般,焊接性差,对白点形成敏感,有第一类回火脆性。在滚珠轴承制造中,用以杂质壁厚 12mm.外径250mm 的 H 级至 C 级的轴承套,直径 25.4-50.8mm 的钢球;直径22mm 的滚子,此外也可用作承受大负荷.要求高耐磨性.高弹性极限.高接触疲乏强度的其涡轮喷气发动机喷嘴的喷口.柱他机械零件及各种周密量具冷冲模等。如机床的滚珠丝杆, 塞.活门.衬套等。编辑本段执行标准:中国 GB/T18254-2022日本 JIS G4805:1991美国 ASTM A295:2022统一数字代号:B00150编辑本段化学成分 /元素含量%C:0.9
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