轴承钢丝的现状与发展

轴承钢丝的现状与发展徐效谦金属制品信息网建网30周年记念座谈会苏州·2004年11月轴承钢丝的用途轴承钢丝主要用于制造轴承滚动体，包括滚珠、滚柱、滚针和圆锥滚子等在轴承工业协会注册的钢球生产企业有102家，滚柱和滚针生产企业35家。年用轴承钢丝500吨以上企业有26家，这26家钢丝总用量已达5.5万吨。轴承钢丝的年消耗量为12万吨左右。轴承行业产量一直以年6%的速度递增,近1/3的产量用于出口。轴承钢的基本性能滚动体工作特性：1.高精度，低噪音，长寿命。2.滚动体与套圈之间呈点接触,接触应力有时高达5000MPa。3.交变载荷循环次数可高达每分钟数万次。4.滚动体承受交变应力、不规则的冲击力、滚动和滑动摩擦力、润滑剂和环境介质的腐蚀。5.接触疲劳破坏占第一位，其次是摩擦损坏。对轴承钢丝的要求：1.高的弹性极限与良好的稳定性。2.高硬度、高耐磨性能。3.高的接触疲劳强度。4.适当的韧性。5.一定的耐蚀性能。6.良好的工艺性能。7.耐高温，耐冲击，无磁性等特殊要求轴承钢的分类、牌号和用途高碳铬轴承钢:GCr15、GCr4、GCr15SiMn、GCr15SiMo和GCr18Mo。中碳铬轴承钢：G8Cr15、60CrMnMo、55SiMoV。渗碳轴承钢:20CrMoA、20Cr2Ni4、20CrNi2Mo。不锈轴承钢:4Cr13、6Cr13Mo、9Cr18(Mo)、440C(11Cr17Mo)、440B(8Cr17Mo)高温轴承钢:Cr4Mo4V、Cr14Mo4V、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V。无磁轴承钢:Cr23Ni28Mo5Ti3A1V、70Mn18Cr4V2。GCr15-百年不变的牌号各国高碳铬轴承钢的化学成分标准代号牌号化学成分wt%CSiMnCrPSAlO(ppm)GB/T18254GCr150.95～1.050.15～0.350.25～0.451.40～1.65≤0.025≤0.0200.01～0.05≤15SKFD33SKF30.95～1.100.15～0.350.25～0.451.35～1.65≤0.025≤0.0250.010～0.050≤15DIN17230100Cr60.90～1.050.15～0.350.25～0.451.35～1.65≤0.030≤0.025≤0.050≤15ASTMA295521000.98～1.100.15～0.350.25～0.451.30～1.60≤0.025≤0.0250.005～0.050≤15JISG4805SUJ20.98～1.100.15～0.35≤0.501.30～1.60≤0.025≤0.0250.005～0.050≤15通用轴承钢冶炼技术的进步降低[O]含量是近百年来轴承钢冶炼技术进步的动力。我国2000年颁布的轴承钢标准正式将[O]≤15ppm列入考核项目。低熔点金属铅、锡、砷、锑等影响轴承钢热加工性能，降低轴承硬度和寿命。轴承钢的疲劳寿命与钢中非金属夹杂的含量、构成和形态密切相关。四类夹杂中对疲劳寿命危害最大的是D类点状不变形夹杂和B类的Al2O3，其次是氮化物和半塑性C类硅酸盐。氧含量[O]含量ppm公司名称1965年1975年1985年199年5瑞典SKF15～2510～1510.47日本山阳15～2810～155.8～8.55.4国内外轴承钢非金属夹杂合格级别◎钢中的非金属夹杂主要来自内生的氧化物和硫化物，降低钢中氧含量是降低夹杂总量的最有效的途径。SKF和山阳公司轴承钢氧含量逐年下降，轴承寿命成10倍，甚至成30倍的提高。◎改进冶炼工艺、强化精炼、调整渣系、真空处理、电磁搅拌促使氧化物上浮、合理使用脱氧剂、改进浇铸方法和工艺等均能改善夹杂的成分、形态和分布，也是提高轴承寿命的重要措施。标准代号合格级别（不大于)级A类B类C类D类粗系细系粗系细系粗系细系粗系细系GB/182541.52.51.02.00.50.51.01.0SKFD331.52.00.51.5000.50.5ASTMA2951.52.51.02.00.50.51.01.0显微组织和碳化物不均匀性◎GCrl5淬火组织为板条和片状马氏体混合组织。板条状马氏体具有良好的强度和韧性，增加板条状马氏体数量，细化马氏体组织，有利于提高钢的疲劳寿命。要细化马氏体组织必须严格控制钢材中碳化物数量、尺寸和分布，一句话必须改善碳化物的不均度。碳化物颗粒度：GCrL5属于过共析钢，淬火后要获得良好组织，原始组织应为铁素体基体上均匀分布着细小颗粒状碳化物。一般认为碳化物平均直径0.4-0.6µm较好。碳化物液析：液析碳化物是钢水凝固时形成的共晶碳化物，该种碳化物呈不规则块状，硬度高、脆性大，对线材冷加工性能、淬火性能和疲劳性能均有很坏的影响，应严格限制。标准规定液析碳化物应≤0.5级。带状碳化物：带状碳化物是由枝晶偏析引起的，热加工时枝晶偏析区被拉长，富铬碳的偏析区析出较多的碳化物，沿轧制方向呈带状分布。带状碳化物较重的钢球化退火时很难获得细粒状珠光体组织，带状碳化物从0.5级提高到1.5-2.0级，轴承寿命降低三分之一。标准规定带状碳化物应≤2.0级。网状碳化物：网状碳化物是线材热轧后沿奥氏体晶界析出的二次碳化物，球化退火后会引起碳化物颗粒不均匀分布，淬火时也不能完全消除。改善网状碳化物，可采用将钢中铬和碳控制在下限，硅和锰控制在下限，降低终轧温度，轧后在850-700º区间快冷等方法。轴承钢精炼技术日本山阳：高功率电炉初炼（90—150t）→偏心炉底出钢→LF(电加热、吹氩搅拌)→RH处理（真空0.5t）→全密封连铸成坯→初轧瑞典SKF：高功率电炉初炼（100t）→炉底出钢→LFV钢包炉精炼（具有电磁搅拌，底部吹氩和真空脱氧功能）→气体保护浇铸成4.2t钢锭→红送初轧均热炉。大连金牛：高功率电炉初炼（50--80t）→偏心炉底出钢→LF炉精炼(吹氩搅拌)→VD或RH脱气→3.3t锭模铸→红送初轧均热炉。轴承钢线材生产流程涡流探伤↓钢坯→步进炉加热→高压水除磷→控制轧制→↑激光测径控制冷却→球化退火→成品线材轴承钢丝轴承钢丝主要用于制作轴承滚动体，由于轴承滚动体品种多，基本采用英制规格，热轧线材规格有限，尺寸精度低，无法满足滚动体要求。冷拉钢丝尺寸精度高，规格变换极其方便，内部组织的均匀性比热轧线材有根本性的改善，所以各类滚动体几乎全采用冷拉钢丝作为原料。高碳铬轴承钢丝标准通用轴承钢丝现行标准是GB/T18579—2001《高碳铬轴承钢丝》。标准规定钢丝有5种交货状态，各种交货状态的代号如下：退火：TA磨光：SP轻拉：WLCD冷拉：WCD磷化轻拉：STPWLCD轴承钢丝生产工艺流程热轧线材→球化退火→表面处理→拉丝→成品退火↑↓↓↓半成品处理←→检验→包装轴承钢丝的热处理轴承钢的热处理分为球化退火，半成品退火和成品退火三种。球化退火：球化退火的目的是获得细粒状珠光体。半成品退火：半成品退火的目的是消除钢丝冷加工硬化，恢复钢丝的塑性，以便继续拉拔。成品退火：成品退火的目的是保证钢丝的力学性能，抗拉强度或硬度达到标准要求。轴承钢丝表面处理去除氧化皮◎酸洗去除氧化皮◎弯曲去除氧化皮◎抛丸去除氧化皮表面涂层◎黄化+石灰涂层◎硼砂涂层◎磷化+皂化涂层轴承钢丝的拉拔目前国内企业生产退火状态交货轴承钢丝时，大规格钢丝成品减面率选定在25%，中小规格减面率选定在32%范围内，一般拉拔2个道次出成品，根据成品尺寸确定盘条尺寸。退火状态交货轴承钢丝拉拔工艺如下表：成品直径mm成前直径mm减面率%拉拔道次拉拔程序12.514.020.28114.0-12.510.712.020.49112.0-10.79.511.025.41211.0-10.2-9.58.010.036.0210.0-8.9-8.06.58.034.028.0-7.2-6.55.06.540.8326.5-5.7-5.04.05.547.1125.5-4.6-4.0轴承钢丝冷拉强化轴承钢丝冷拉强化公式:Rm=Ro+KQRm——冷拔后钢丝抗拉强度（Mpa）Ro——冷拔前钢丝抗拉强度（Mpa）Q——冷拔减面率（%）K——冷拔强化系数GCr15：K=7.7抗拉强度与硬度换算:Rm=3.42HB轴承钢丝常见缺陷显微组织不合：组织2.0级，俗称为“欠热组织”，是球化退火温度偏低，保温时间不足，冷却速度偏快造成的；组织4级，俗称“过热组织”，主要是球化退火温度偏高造成的脱碳：无保护气氛热处理时脱碳和氧化是同时发生，当碳扩散速度大于氧化速度时，就发生脱碳。抗拉强度或硬度不合：轴承钢丝抗拉强度或硬度与显微组织状态密切相关，抗拉强度或硬度偏高的钢丝往往显微组织级别偏低。拉拔脆断：轴承钢丝拉拔脆断的原因主要有组织异常、酸洗“氢脆”、表面横纹。表面质量不合：表面“裂纹”是长期以来困扰钢丝生产的首要质量问题，轴承钢丝表面“裂纹”实际上是表面质量问题的通称，包含表面折迭、裂纹、划伤三种缺陷。不锈轴承钢丝牌号化学成分wt%CSiMnPSCrMoNi7Cr170.60-0.75≤1.00≤1.00≤0.030≤0.03516.0-18.0≤0.75≤0.608Cr170.75-0.90≤1.00≤1.00≤0.030≤0.03516.0-18.0≤0.75≤0.609Cr180.90-1.00≤0.80≤1.00≤0.030≤0.03517.0-19.0≤0.75≤0.6011Cr170.95-1.20≤1.00≤1.00≤0.030≤0.03516.0-18.0≤0.75≤0.609Cr18Mo0.95-1.10≤0.80≤0.80≤0.030≤0.03516.0-18.00.40-0.70≤0.60不锈轴承钢丝现行标准为YB/T096-1997，化学成分如下表：9Cr18（Mo）不锈轴承钢丝通过球化退火来软化,球化温度为850～870℃，保温后以20-40℃/h速度冷至650℃以下出炉空冷.半成品退火温度为700～780℃,成品退火温度为650～750℃。9Cr18（Mo）的碱浸和酸洗工艺与一般马氏体钢相同，但酸洗时“氢脆”严重，必须进行充分烘烤，才能恢复塑性。涂层方法同不锈钢丝。9Cr18（Mo）属莱氏体钢，拉拔塑性较差，盘条第一次拉拔减面率在20%左右，经两次退火后可拉拔两个道次以上，减面率在35～50%之间。高温轴承钢丝高温轴承钢丝Cr4Mo4V(M50)是综合性能较好的高温轴承钢，在高温下具有高的硬度和疲劳性能，可在315℃条件下长期工作，短时用到430℃。Cr4Mo4V的现行标准是YB/T688-1976，化学成分为0.8%C、4%Cr、4%Mo、1%V；成品钢丝检验项目包括：化学成分、断口、非金属夹杂物（氧化物1级、硫化物0.5级、点状1级）、HB≤255、碳化物不均匀度≤2级、珠光体组织2～5级、低倍和表面质量。Cr4Mo4V高温轴承钢丝的生产工艺特点可概括为：轴承钢丝的热处理工艺，不锈钢丝的表面处理技术，高速工具钢丝的拉拔程序。在生产过程中随拉拔+热处理循环次数的增加，钢丝硬度（强度）呈下降趋势，为保证成品硬度达标，通常选择尺寸较大的线材，经两个道次以上的循环再出成品。轴承钢丝生产新设备气体保护强对流罩式退火炉:1.加热罩2.炉台总成3.内罩4.冷却罩5.阀站保护气体的应用气体保护强对流罩式退火炉，可以根据资源和材料要求选用不同类型的保护气体，如纯氢，氨分解气（N2+3H2）,氮+氢（3-4%）和氮+甲醇裂解气等。在资源条件允许条件下，应尽可能选用氢气作为保护气体，因为氢气分子小，渗透性强，排绕密集的细钢丝在氢气中退火，从里到外光亮如新，绝无粘结现象。氢气导热率高（见图11-15），传热快，能大幅度缩短热处理周期。盘卷抛丸清理机4.弹丸处理系统5.除尘器2.芯轴3.抛丸器1。抛丸室联合拉拔机组轴承行业生产大规格滚动体时，希望选用尺寸精度较高的冷拉直条钢丝，采用传统的拉丝机与矫直机配合生产的直条钢丝，工艺流程长，直条表面的矫直螺旋纹或压疤也很难消除，此时联合拉拔机组就成为理想设备。联合拉拔机组是多种设备的组合，使用者根据产品质量档次不同，可以选择