轴承钢纯净度的现状与发展

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1、轴承钢纯净度的现状与发展李铮徐明华冯刚卫建国摘要本文指出了当前轴承行业对轴承钢纯净度的最新要求,阐述了轴承钢中氧含量,钛含量,氮含量,铝含量以及硫含量对轴承钢纯净度的影响及冶炼工艺的最新进展对轴承钢纯净度的改善.关键词轴承钢纯净度夹杂物前言轴承的主要破坏形式为疲劳剥落,而钢中的夹杂物是引起疲劳剥落的主要原因.近年来,随着经济的快速发展,轴承生产及轴承使用部门要求生产出纯净度更高的轴承钢以满足轴承轻量化,长寿化的需求.长期以来,人们把氧含量的高低作为评价轴承钢纯净度的重要依据,随着钢中氧含量的降低,轴承的疲劳寿命可以成倍提高.在相当长的一段时间里,国内外轴承钢生产企

2、业,都致力于不断降低钢中氧含量.目前,轴承钢标准中的[O]≤15的要求对大多数轴承钢生产企业来说,已经不成为问题.2002年,上海五钢平均氧含量为8.05.当氧含量达到≤的水平后,对轴承钢纯净度的进一步提高出现了两种不同的倾向:以山阳为代表的本轴承钢生产厂仍然在为更低的氧含量而努力,超纯轴承钢的氧含量甚至达到4～5,同时钛含量也降低至7～8.而以为代表的欧美企业则更重视夹杂物的尺寸,数量和性质,要求尺寸小,数量少,可变形.2冶炼工艺的变化自上世纪八十年代/精炼设备及技术引进我国以来,轴承钢一直引领着纯净钢的研究和发展.近年来,随着钢,管线钢和帘线钢的研制和开发,我

3、国的纯净钢水平得到了明显的提升.在相互学习借鉴的过程中,轴承钢的冶炼工艺也随之改进.五十年代至八十年代,轴承钢采用+方法生产,熔化,氧化,还原全部在电弧炉中完成.氧含量3～40,点状出现率居高不下.八十年代至九十年代,轴承钢的生产采用+/+方法,熔化,氧化在电弧炉中完成,脱氧,脱硫在/过程完成.氧含量一15,点状出现率明显降低.浇钢以模铸为主,大冶钢厂,陕西钢厂,重庆特钢等开始试验连铸工艺,但由于连铸材的轴心碳偏析,中心疏松及负偏析带等不能满足84标准要求,没能形成规模生产.九十年代中后期至今,+/+成为轴承钢生产的典型装备,直流电弧炉的功能几乎与转炉相同,仅仅起

4、熔化与42003年第1期脱磷作用.冶炼时间也缩短至6～7分钟,以满足多炉连浇的需要.由于加强了过程控制,工艺稳定性大幅度提高,平均氧含量降低至≤10.2002年上海五钢连铸氧含量的分布如图1所示,其平均值为7.19,标准偏差为1.10.在连铸材推力片疲劳寿命高于模铸材的试验完成20050100500后,一些套圈生产厂开始接受,使用连铸材,轴承钢连铸得到了飞速的发展,2002年产量超过四十万吨.但由于连铸材的低倍中心疏松,轴心碳偏析和高倍碳化物网状问题影响钢材的心部质量,使连铸材的用途受到了限制,只能作套圈用料,不能用于滚动体生产.5678910112钒含量,图20

5、02年上海五钢连铸氧含量分布2001年11月大冶钢厂投产的2#连铸机,将铸坯规格扩大至350×470,经高温扩散后开坯,连轧机成材.依靠大的压缩比和高温扩散,可望改善连铸材的中心疏松和碳化物问题,进而将连铸材的用途扩大到滚动体用料.近年来,一些特大型企业在转炉炼钢的基础上,采用+++工艺生产轴承钢,取得了令人注目的成就,形成了批量生产.由于有条件使用"三脱"铁水,各种有害元素比电炉钢明显减少,纯净度得到提高,加上成本方面的优势,对电炉钢的竞争势态已经形成.3夹杂物评级的变化3.1点状(或称类)夹杂物的定性由于点状夹杂对轴承疲劳寿命危害最大,随着对轴承寿命要求的提高

6、,点状夹杂的定性近年有了一些新的变化.在传统的评级方法中,点状夹杂为不变形的球状氧化物(主要为:,).而国外老牌的轴承企业将点状夹杂的含义扩大为长/宽≤5的各类夹杂物,如硫化物,氧化物,氮碳化钛及复合夹杂物.3.2对点状夹杂物的要求在新的评级精神下,要求按45法评级时,在起评尺寸≥2的前提下,要满足细≤1.0级,粗≤1.0级难度已经很大,进一步要求类夹杂物的最大颗粒度(长轴)≤201.而全球最大的汽车零件供应商,美国公司不但要求夹杂物级别低,而且要求细≥1.5级;粗≥1.0级;粗&;10.5级的视场数少,即按45法评级时≤15,≤1.4纯净度研究的进展4.1精炼顶

7、渣在相当长的一段时间内,我国冶炼轴承钢的精炼顶渣碱度保持在2.5～5.0之间.由于操作过程的随意性,个别炉号的碱度甚至达到12.1,点状出现率居高不五钢科技5下,严重影响了轴承钢检验合格率和轴承的使用寿命.1987年,大冶钢厂成功开发出低碱度渣+吹氩的新工艺,获得了理想的效果:平均氧含量达到8.9,点状出现率大幅度降低.这一工艺在鉴定后,得到了大面积的推广.随着用户对氧含量和硫含量要求的不断提高,特别是将氧含量作为衡量轴承钢纯净度的重要依据,顶渣碱度又逐渐提高至3.5～6.5之间.目前使用的渣系大致有高铝和低铝两种,高铝系/4.5～6.5;/231.5～1.8.低

8、铝系/23