国内轴承钢的生产现状及发展

　　摘　要：介绍了2001年我国高碳铬轴承钢的产量及品种结构，评述了我国轴承钢生产工艺装备，质量状况和发展方向。
　　关键词：轴承钢；生产；质量控制
　　1　轴承钢生产工艺装备
　　近20年里，轴承钢生产工艺的现代化水平有了大幅度提高，电弧炉单炉容量已从20年前的10～20t扩大到50～100t，偏心炉底留钢留渣操作和LF-VD精炼工艺与连铸配合，轴承钢氧含量已 由传统电弧炉大气下熔炼的（30～40）×10^-6降到10×10^-6左右。各特钢厂连轧机组的相继投产，辊底式连续退火炉的应用，使轴承钢的纯净度、轧材的尺寸精度、球化退火组织都已达到或接近先进实物水平。
　　2　轴承钢产量及品种结构
　　2000年我国生产轴承钢82万t，钢材近70万t，2001年生产轴承钢108万t，钢材9314万t，完全能满足国内轴承生产企业的需要，且呈供过于求的状态，图1为特钢协会会员单位轴承钢生产企业20年来高碳铬轴承钢材产量的增长情况。 　　表1列出了1985年至2001年我国高碳铬轴承钢材品种结构的变化情况^[1]。从表1中可以看出，虽然我国轴承钢产量已翻了几番，但品种结构却几乎没什么变化。我国高碳铬轴承钢的棒材比重很大，丝、板带很小，管材更小。由于品种结构的严重不合理，使得我国轴承钢材的利用率与先进的工业国家相比差距很大，日本、瑞典、德国在上世纪70年代末期高碳铬轴承钢的利用率已达到60%多，而我国现在是40%左右。

表1 1985～2001年高碳铬轴承钢材品种结构的变化 %

　　3　我国轴承钢质量状况
　　轴承钢质量的高低，一般从3个方面衡量，一是纯净度，即钢中夹杂物的含量；二是碳化物不均匀性；三是钢材的表面质量，包括尺寸精度，表面裂纹及脱碳。
　　3.1 轴承钢的纯净度
　　我国轴承钢主要生产企业，近年多已相继建成投产超高功率电弧炉，采用先进的偏心炉底出钢技术，进行二次精炼，使钢中氧含量降到10×10^-6左右，个别Z低氧含量可降到（4～5）×10^-6。二次精炼比也达到100%（表2）。因此，钢中夹杂物的数量得到很好的控制。同时，优选精炼渣系，精确地控制精炼渣的化学成分，非金属夹杂物的形态得到有效地控制，氧化物夹杂中基本不出现。

表2 2001年主要特钢厂高碳铬轴承钢的氧含量及精炼比

　　北京钢铁研究总院和洛阳轴承研究所都对LFV工艺1988年生产的GCr15材与1987年进口的SKF 3材进行了材质疲劳对比试验。结果表明，GCr15的L₁₀比SKF 3高76.19%，L₅₀高31.43%^[2]。说明精炼轴承钢的氧含量达到10×10^-6左右，纯净度亦达到瑞典SKF 3钢的水平，接触疲劳寿命也相当。
　　3.2 轴承钢的碳化物
　　国外对于改善轴承钢的碳化物不均匀性从两方面着手，一是减小钢锭或钢坯的偏析，严格控制浇铸温度将过热度控制在10～15℃；二是加强钢锭或铸坯的高温均热扩散。如表3是进口轴承钢材碳化物及球化组织检验结果^[3]，其中B产地冷拔材碳化物颗粒实测直径Z大为0.9μm，平均直径为0.413μm。

表3 进口轴承钢材碳化物及球化组织检验结果

　　我国早在20世纪60年代到70年代就已经掌握了对钢锭或钢坯进行高温均热扩散，以消除碳化物液析，改善碳化物带状;低终轧温度或钢材正火处理改善网状碳化物，以消除大块碳化物等工艺技术。近年又成功地研究了<55mm棒材轧后快冷工艺及快速球化退火工艺，球化退火时间大大缩短，珠光体组织达到2.0～3.0级的碳化物 颗粒尺寸平均为0.5～0.6μm^[4]。但由于不少厂家对钢锭不进行充分的高温均热扩散，同时为提高成材率，又纷纷减小冒口容积，轧后快冷工艺得不到推广和正常应用，加上原来行之有效的低温终轧、正火处理等工艺，也在产量、能耗等指标的压力下被废弃了。因此，实际上国内轴承钢碳化物的均匀程度要低于国外先进水平
　　3.3 钢材的尺寸精度及表面质量
　　我国轴承钢的内在质量近年有了很大的提高，个别厂家已达到同类产品先进水平，但钢材的尺寸精度及表面质量仍普遍存在着较大的差距。就尺寸公差而言，瑞典SKF D33小型材料标准规定尺寸公差为±0.2mm，弯曲度≤1mm/m，表面脱碳的径向深度不得超过直径的1%^[5]，我国一般尺寸公差为±（0.35～0.40）mm，弯曲度为4～6mm/m，表面脱碳为0.2mm。但是在已建成棒、线材连轧机组的上五、兴澄、大连等厂家钢材的尺寸精度则要好得多。
　　关于轴承钢材的表面质量，反映Z为强烈的是裂纹和脱碳，尤其是用于滚子料的冷拔材。由于厂家各生产工序工作质量的降低，直接导致钢材表面质量的下降，如浇铸速度控制不当，带来钢锭表面质量下降，钢坯裂纹增多;开坯轧制翻钢道次减少，带来钢坯方向性裂纹增多。钢坯修磨不认真（或修磨能力不够）带来钢材表面裂纹增多，特别是冷拔坯料未经认真地扒皮或修磨，致使滚子料裂纹越来越严重。脱碳除了与多次加热开坯的生产工艺有关外，与裂纹也有联系，改善了裂纹，脱碳也会得到相应的改善。
　　4　轴承钢发展方向
　　4.1 开发新品种
　　（1）提高产品质量，开发研制节能、节资源、适应市场需求的品种。如：（1）GCr4，供铁路机客车辆的节能、节资源、抗冲击的低淬透性轴承钢。该钢种与GCr15、GCr15SiMn相比明显地降低了Cr、Mn、Si、Mo等提高淬透性元素的含量，只用廉价的碳和低含量铬元素，并用不同于传统的全淬透热处理的整体感应加热——表面淬火处理方法，使材料表层既具有全淬硬高碳铬轴承钢的高硬度、高耐磨性的优点，其心部又获得了渗碳轴承钢心部所具有的高韧性、抗冲击的特点，是一种具有全淬硬高碳铬轴承钢和渗碳轴承钢两者特性合一的轴承材料。
　　（2）GCr18Mo——新型高淬透性轴承钢，与GCr15、GCr15SiMn相比，明显地提高了铬元素的含量，同时添加了适量的钼元素，采用下贝氏体等温淬火处理工艺，使该钢种具有下贝氏体组织和较低的残余奥氏体含量。与处理成贝氏体组织的GCr15相比，该钢种具有更高的冲击韧性、断裂韧性和轴承中值寿命，能更好地保证铁路轴承使用寿命的可靠性和稳定性。
　　（3）碳素轴承钢，国外新观点认为，轴承钢中的合金元素主要是提高淬透性，而真空脱气技术发展到今天，碳素钢的纯洁度同样也可以大大提高。对于壁厚不大的轴承采用真空脱气的高碳钢，其寿命完全能满足要求。例如：美国用碳含量0.7%左右的碳素钢（1070钢）制造轿车轴承，日本用碳含量0.53%左右的碳素钢（S53C钢）作汽车等速万向节轴承等。
　　4.2 调整品种结构，提高材料利用率
　　至2001年我国轴承钢材已达93.4万t，但品种结构仍无大的改善，2001年我国轴承钢材中棒材占82.98%，线材占7.23%，管材0.05%，板带材占0.129%，结构仍不尽合理，材料利用率很低，因此，调整品种结构，增加线、管、板带材的比重，以提高材料利用率是轴承钢生产制造业今后应不懈努力的方向。
　　4.3 优化工艺技术装备和生产流程
　　今后特钢企业在改造和发展中要从实际出发，选用先进实用的工艺技术装备。实现工艺流程向连续化发展，按1台超高功率直流或交流电弧炉，1台多功能精炼炉，1台连铸机，1台连轧机四位一体组合优化工艺配置。由先进的工艺技术装备，生产出高质量的产品，以满足国内外市场的高标准要求。
　　5　结论
　　（1）我国轴承钢材（主要是高碳铬轴承钢）2001年达93.4万t，跻身于世界轴承钢生产大国 的行列，在数量上已完全满足国内的需求，且呈供过于求，产能闲置的局面。
　　（2）我国轴承钢材产量虽发展较快，但品种结构却没什么变化，材料利用率一直很低，今后应加强管、线材生产，以提高材料的利用率。
　　（3）随着各特钢企业技术装备改造的完成，应加强高品质、高附加值产品的开发和生产。增强产品的竞争力。
　　参考文献
　　[1]王昌生,谢亚庆,周德光.我国轴承钢生产的发展.特殊钢,1996,17(1):9
　　[2]田忠学.中国特殊钢现状及发展文集.中国特钢企业协会,1996,7
　　[3]殷瑞钰.钢的质量现代进展(下篇).特殊钢.北京:冶金工业出版社,1995
　　[4]钟顺思,王昌生.轴承钢.北京:冶金工业出版社,2000
　　[5]国外轴承钢标准汇编.冶金部标准化所洛阳轴研所编译,1983