轴承钢开发与生产

1、轴承钢开发与生产轴承钢开发与生产2对轴承钢的根本性能要求对轴承钢的根本性能要求提纲提纲推荐生产的轴承钢情况推荐生产的轴承钢情况GCr15GCr15钢的质量控制钢的质量控制连铸过程的质量控制连铸过程的质量控制常规检验工程常规检验工程轴承是轴承是“工业的心脏。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。轴承用钢是特钢产品中生产难度较大的钢类之一。20212021年和年和20212021年我国轴承钢产量分别为年我国轴承钢产量分别为350350万吨和万吨和358358万吨，占当年特钢产量的万吨，占当年特钢产量的7.87.8和和7.67.6。轴承钢总产量连续轴承钢总产量连续6 6年列为世界第

2、一，高等级轴承钢年列为世界第一，高等级轴承钢仅占仅占1/51/5；高质量轴承钢仅占；高质量轴承钢仅占3434；多数为高碳含铬；多数为高碳含铬轴承钢、中碳轴承钢和渗碳外表硬化轴承钢，而不锈轴承钢、中碳轴承钢和渗碳外表硬化轴承钢，而不锈耐蚀、高温难溶及防磁类型的轴承钢比例在耐蚀、高温难溶及防磁类型的轴承钢比例在3.83.8以以下约下约13131515万吨。万吨。3轴承钢按用途分类，农业机械、家庭电器、文体用品轴承钢按用途分类，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以及玩具所采用的轴承钢多数为GCr15GCr15或或GCr15SiMnGCr15SiMn或或G8Cr15G8Cr15，

3、约占国内轴承钢产量的，约占国内轴承钢产量的82.582.5，其中还包括，其中还包括含含CrCr量不达标、甚至不含量不达标、甚至不含CrCr的的65Mn65Mn钢充杂在内，不要钢充杂在内，不要求疲劳性能、不计较使用寿命，危害无穷。求疲劳性能、不计较使用寿命，危害无穷。451 1、对轴承钢的根本性能要求、对轴承钢的根本性能要求表表1 1 轴承性能和特性及其对轴承材料的要求轴承性能和特性及其对轴承材料的要求表表2 2 影响轴承破损的因素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

4、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两个核心的技术指标1 1钢的洁净度钢的洁净度夹杂物的存在破坏金属的夹杂物的存在破坏金属的连续性，夹杂物相当于微连续性，夹杂物相当于微观缺陷和初始裂纹，要求：观缺陷和初始裂纹，要

5、求：6O51010-6H1210-6N205010-6图图1 1 轴承钢氧含量与疲劳寿命的关系轴承钢氧含量与疲劳寿命的关系两个核心的技术指标两个核心的技术指标2 2化学成分的均匀性和碳化物的均匀性化学成分的均匀性和碳化物的均匀性7图图2 2 影响轴承钢疲劳寿命的主要因素影响轴承钢疲劳寿命的主要因素2 2、推荐生产的轴承钢情况、推荐生产的轴承钢情况推荐生产推荐生产GCr15GCr15或低碳含量的或低碳含量的G8Cr15G8Cr15，或调整，或调整SiSi、MnMn含量的含量的GCr15SiMnGCr15SiMn，或补充，或补充MoMo的的GCr15GCr15，相当的国外轴承钢牌号相当的国外轴承钢

6、牌号：8俄罗斯ocT，x15美国ASTM A296-52100FAGUONF A35-565 6德国DIN17230-100Cr6日本JIS G4805 SUJ2(SUJ3、SUJ5）国际标准ISO683XXII-No.1GCr15GCr15与与SUJ2SUJ2比较比较牌号CSiMnPSCrMoGCr150.95-1.050.15-0.350.2-0.40.0270.0201.3-1.65(Cu+Ni0.5)SUJ20.95-1.100.15-0.350.50.0250.0251.3-1.6/SUJ30.95-1.100.4-0.70.9-1.150.0250.0250.9-1.2/SUJ40

7、.95-1.100.15-0.350.50.0250.0251.3-1.60.1-0.25SUJ50.95-1.100.4-0.70.9-1.150.0250.0250.9-1.20.1-0.259GCr15GCr15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比照中国与日本轴承钢杂质元素含量及其寿命比照10国内外生产轴承钢工艺流程举例国内外生产轴承钢工艺流程

8、举例11国外轴承钢的生产特点国外轴承钢的生产特点1 1炉子大型化。由于大容量炉子大型化。由于大容量80t80t的电炉或转炉提供粗钢水，减少了耐火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，材料之间的接触，大大提高了生产效率，减低了生产本钱；减低了生产本钱；2 2除渣。为了冶炼出氧含量很低的轴承钢，除渣。为了冶炼出氧含量很低的轴承钢，必须把带有氧化反响的熔化过程与精炼过程必须把带有氧化反响的熔化过程与精炼过程分开。国外普遍采用无渣出钢如分开。国外普遍采用无渣出钢如EBTEBT、真空吸渣和换钢包除渣等技术，将氧化渣彻真空吸渣和换钢包除渣等技术，将氧化渣彻底排除；底排除；3

9、 3铝脱氧。如果只采用真空脱氧，钢铝脱氧。如果只采用真空脱氧，钢中氧含量可高达中氧含量可高达0.0020.002以上，为了提以上，为了提高钢的纯洁度，在精炼前预先采用铝沉高钢的纯洁度，在精炼前预先采用铝沉淀脱氧；淀脱氧；12山阳特殊钢厂不同工序轴承钢山阳特殊钢厂不同工序轴承钢TOTO变化变化国外轴承钢的生产特点国外轴承钢的生产特点4 4较长的搅拌时间。真空或非真空条件下长时间较长的搅拌时间。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，以补偿其温度损拌，精炼炉必须具备加热功能，以补偿其温度损失；失；5 5

10、高碱度渣精炼。一般将精炼渣碱度控制在高碱度渣精炼。一般将精炼渣碱度控制在4 46 6之间。之间。6 6连铸。由于轴承钢碳含量高，生产的铸坯易产连铸。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。的连铸工艺要求较为严格。1314开发的高开发的高AlAl2 2O O3 3渣系能够显著提高夹杂物转变程度渣系能够显著提高夹杂物转变程度电炉与转炉生产流程相比较电炉与转炉生产流程相比较转炉生产的铁水质量稳定转炉生产的铁水质量稳定

11、采用铁水预处理采用铁水预处理终点成分控制水平高终点成分控制水平高气体含量低。气体含量低。二者的精炼、连铸效果相当。二者的精炼、连铸效果相当。15不同炼钢工位不同炼钢工位GCr15GCr15轴承钢的合金化方式轴承钢的合金化方式16GCr15GCr15轴承钢生产工艺及化学成分的过程控制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开展方向跟进对策国外生产轴承钢的技术开展方向跟进对策不断提高装备水平和真空设备运行率；不断提高装备水平和真空设备运行率；2 2严格执行标准；严格执行标准；3 3提高压缩比，采用大断面方坯连铸机。由提高压缩比，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

12、为于目前我国特钢企业方坯断面多为200200200mm2200mm2左右的连铸机，由于铸坯断面较左右的连铸机，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；量与先进国家相比有较大差距；4 4研究大方坯用的轴承钢专用保护渣；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开展方向跟进对策国外生产轴承钢的技术开展方向跟进对策5 5极低氧含量极低氧含量3 34 410-610-6，轴承钢的生，轴承钢的生产工艺研究及同时控制其钢中夹杂物和碳

13、化物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；的形态、尺寸和分布；6 6低氧情况下轴承钢中硫的行为；低氧情况下轴承钢中硫的行为；7 7精炼渣系的研究，精炼渣系的研究，VDVD精炼渣系的研究，制精炼渣系的研究，制定符合轴承钢的精炼渣系；定符合轴承钢的精炼渣系；8 8加强铸坯高温均热扩散、实现低温轧制、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。匀，改善带状组织。193 3、生产、生产GCr15GCr15钢的质量控制钢的质量控制HH控制措施控制措施在高真空度下适当增大搅拌强度；在高真空度下适

14、当增大搅拌强度；提高装备水平，增大真空设备的抽气能力；提高装备水平，增大真空设备的抽气能力；采用采用M-EMSM-EMS，电磁搅拌使钢水旋转，旋转的钢，电磁搅拌使钢水旋转，旋转的钢水使气体集聚长大并上浮，钢中氢含量也得到水使气体集聚长大并上浮，钢中氢含量也得到相应减少；相应减少；铸坯及轧后材缓冷是杜绝由铸坯及轧后材缓冷是杜绝由HH引起的白点的引起的白点的最正确选择。最正确选择。20OO的控制措施的控制措施1 1控制钢水原始氧含量；控制钢水原始氧含量；2 2建立合理的脱氧制度；建立合理的脱氧制度；3 3选择适宜的精炼渣系；选择适宜的精炼渣系；4 4VDVD真空处理的真空度应到达真空处理的真空度应

15、到达67Pa67Pa5 5制定合理的吹氩制度；制定合理的吹氩制度；6 6控制残铝含量。控制残铝含量。21日本山阳轴承钢高碱度渣实例日本山阳轴承钢高碱度渣实例成分成分CaOSiO2Al2O3MgO含量，含量， 57.813.315.84.3兴澄特钢轴承钢精炼渣成分兴澄特钢轴承钢精炼渣成分成分CaOSiO2Al2O3MgO（FeO+MnO）含量，5562102015255120.522OO和夹杂总量的关系和夹杂总量的关系酸溶铝含量与酸溶铝含量与B B类夹杂类夹杂4 4、连铸过程的质量控制、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，对钢钙处理易形成大颗粒铝酸钙，难以排除，对钢的接触疲劳强

16、度有害；的接触疲劳强度有害；采用矩形连铸坯，改善心部偏析；采用矩形连铸坯，改善心部偏析；低过热度浇铸，稳定在低过热度浇铸，稳定在15152020，要求温度波，要求温度波动小，拉速稳定；动小，拉速稳定；采用低拉速弱冷工艺采用低拉速弱冷工艺0.60.60.8m/min0.8m/min，气雾，气雾冷却冷却0.250.250.3L/kg0.3L/kg。2324结晶器搅拌和组合搅拌的中心偏析比较，结晶器搅拌和组合搅拌的中心偏析比较，C平均碳含量，平均碳含量，N试样数试样数 结晶器电磁搅拌的质量改善结晶器电磁搅拌的质量改善 国内轴承钢普遍存在外表质量差，尺寸精度国内轴承钢普遍存在外表质量差，尺寸精度不高、

17、内部质量不稳定、成分波动范围大等现不高、内部质量不稳定、成分波动范围大等现象。如外表有断续裂纹、脱碳层超标、中心疏象。如外表有断续裂纹、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。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微量元素的含量265 5、常规检验工程、常规检验工程化学成分化学成分棒材尺寸公差棒材尺寸公差棒材的弯曲度热轧材棒材的弯曲度热轧材1.5/10001.5/10

18、00热轧材外表划痕深度热轧材外表划痕深度27直径直径表面划痕允许深度，表面划痕允许深度，mm25250.400.40以下以下2525350.500.50以下以下3535500.600.60以下以下5050800.800.80以下以下80801001.001.00以下以下1001001251.201.20以下以下1251251601.401.40以下以下5 5、常规检验工程、常规检验工程脱碳层深度脱碳层深度28直径直径表面脱碳层深度，表面脱碳层深度，mm25250.400.40以下以下2525350.500.50以下以下3535500.600.60以下以下5050800.800.80以下以下80801001.001.00以下以下1001001251.201.20以下以下1251251601.401.40以下以下硬度硬度钢的显微组织钢的显微组织钢的低倍试验钢的低倍试验夹杂物评级洁净度夹杂物评级洁净度塔形试验塔形试验15mmD150mm)15mmD150mm)295 5、常规检验工程、常规检验工程30建议轴承钢生产工艺流程建议轴承钢生产工艺流程v“双渣吹炼；双渣吹炼；v高拉碳控制技术；高拉碳控制技术；v高效挡渣技术。高效挡渣技术。v7 710k