轴承钢的冶炼

大生产轴承钢钛含量不高于50× 大生产轴承钢钛含量不高于 ×10-4%， 对疲劳 ， 寿命几乎无影响， 高于此值， 与氧化物作用， 寿命几乎无影响 ， 高于此值 ， TiN与氧化物作用 ， 与氧化物作用 或簇状TiN本身之间的作用 ， 导致显微裂纹发生 本身之间的作用， 或簇状 本身之间的作用 率增加，恶化疲劳强度； 率增加，恶化疲劳强度； 日本高周波公司开发低钛为特色的SUJ2KRF钢 钢 日本高周波公司开发低钛为特色的 wTi≤18×10-4%，寿命比普通轴承钢提高 倍； × ，寿命比普通轴承钢提高2倍 日本住友公司对不同钛和氧含量的钢管试验证明， 日本住友公司对不同钛和氧含量的钢管试验证明 ， 低氧和低钛有利于轴承使用寿命的提高。 低氧和低钛有利于轴承使用寿命的提高。
2.3 轴承钢中残余铝的控制
金属铝及AlN溶于酸 ， 用 [Al]S 表示 。 终脱氧用 溶于酸， 表示。 终脱氧用Al 金属铝及 溶于酸 是获得低氧含量的钢液和保证钢中有合适[Al]S。 是获得低氧含量的钢液和保证钢中有合适 [Al]S高——保护条件不好易二次氧化增加 2O3夹 保护条件不好易二次氧化增加Al 保护条件不好易二次氧化增加 杂 ； [Al]S 低 ——Si的二次氧化及钢液随温度降低 的二次氧化及钢液随温度降低 溶解氧析出，产生含SiO2 很高的粗大玻璃质硅酸 溶解氧析出 ， 产生含 盐夹杂。如果要使钢材晶粒细化，获得高强韧性， 盐夹杂 。 如果要使钢材晶粒细化 ， 获得高强韧性 ， 残余铝可高些。对渗碳轴承钢来说，残余铝需要 残余铝可高些。 对渗碳轴承钢来说， 控制得高些； 控制得高些 ； 对于高碳轴承钢对此控制要求不太 高。
良好的尺寸稳定性，以保证精度， 良好的尺寸稳定性 ， 以保证精度 ， 减轻振动 和噪声——精密轴承； 精密轴承； 和噪声 精密轴承 一定的耐蚀性； 一定的耐蚀性； 良好的工艺性能，以满足大规模生产的需要。 良好的工艺性能 ， 以满足大规模生产的需要 。
轴承钢类型
高碳铬轴承钢 渗碳轴承钢 不锈轴承钢 高温轴承钢和中碳轴承钢 使用最广、应用最久的是高碳铬轴承钢。 使用最广、应用最久的是高碳铬轴承钢。
2.5 硫含量
许多人认为硫含量不会影响轴承寿命， 许多人认为硫含量不会影响轴承寿命，甚至能 减轻氧化物的有害作用。但随着纯净钢的提高， 减轻氧化物的有害作用。但随着纯净钢的提高， 氧化物夹杂含量减少， 氧化物夹杂含量减少，硫化物的有害作用逐渐 表现出来 日本一家著名微型轴承企业要求硫含量不高于 0.003% 瑞典SKF——0.015% 瑞典 宝钢——0.008% 宝钢
日本大同：废钢预热 日本大同：废钢预热——90tEAF——LF—— RH——CC（370mm×480mm）； （ × ）； 日本神户：高炉——铁水预处理 日本神户：高炉 铁水预处理——80tLD-OTB 铁水预处理 顶底复吹转炉——除渣 除渣——ASEA-SKF钢包精炼 钢包精炼— 顶底复吹转炉 除渣 钢包精炼 —连铸（2流立弯型，300mm×430mm），生产 连铸（ 流立弯型 流立弯型， ），生产 连铸 × ）， Ø18-105mm棒线材； 棒线材； 棒线材 日本川崎：高炉 铁水预处理——转炉 转炉——钢包 日本川崎：高炉——铁水预处理 铁水预处理 转炉 钢包 精炼——真空 真空——连铸（4流400mm×560mm）； 连铸（ 流 精炼 真空 连铸 × ）；
三、轴承钢的冶炼
电炉流程，即电炉 炉外精炼——连铸或模 电炉流程，即电炉——炉外精炼 炉外精炼 连铸或模 轧制； 铸——轧制； 轧制 转炉流程，即高炉——铁水预处理 转炉流程，即高炉 铁水预处理——转炉炉 转炉炉 铁水预处理 外精炼——连铸 连铸——轧制； 轧制； 外精炼 连铸 轧制 特种冶炼方法，即真空感应炉（ 特种冶炼方法，即真空感应炉（VIM）——电 ） 电 渣重熔（ 轧制或锻造。 渣重熔（ESR）——轧制或锻造。 ） 轧制或锻造
vai连铸机在中国板坯连铸机份额达到6049炉外精炼提高了轴承钢的质量连铸轴承钢的氧含量进一步提高因为模铸水口钢流与大气接触中注管汤道系统的耐火材料污染日本和德国是世界上采用连铸工艺生产轴承钢较早且数量较大的国家瑞典skf公司到目前为止仍坚持模铸工艺
轴承钢的冶炼
辽宁科技学院冶金系 杜成武 2010.4.10
浇注过程中夹杂物的控制
模铸——重点放在避免钢包和锭模之间钢水流 重点放在避免钢包和锭模之间钢水流 模铸 的二次氧化； 的二次氧化；最大限度地避免钢水和耐材的作 最大限度地避免钢包渣、 用；最大限度地避免钢包渣、保温剂或浇注保 温渣的卷入； 温渣的卷入； 连铸——检测钢包中的下渣量；吹氩保护，防 检测钢包中的下渣量；吹氩保护， 连铸 检测钢包中的下渣量 二次氧化；选用优质的耐材。 二次氧化；选用优质的耐材。
在几种力的综合作用下， 在几种力的综合作用下，在套圈或滚动体的 表面上抗疲劳强度低的部位首先产生疲劳裂纹， 表面上抗疲劳强度低的部位首先产生疲劳裂纹， 最后形成疲劳剥落，使轴承破损失效。 最后形成疲劳剥落，使轴承破损失效。轴承钢正 常破损的形式是接触疲劳损坏，其次是摩擦磨损 常破损的形式是接触疲劳损坏， 使精度丧失。 使精度丧失。 非金属夹杂物或粗大碳化物， 非金属夹杂物或粗大碳化物 ， 则可促进裂纹 的产生。 的产生。
典型的轴承钢生产流程
瑞 典 SKF ： 100t EF—ASEA-SKF—IC ， 生 产 Ø12-32mm 棒 线 材 、 外 径 90-200mm 及 外 径 55110mm钢管； 钢管； 钢管 日本山阳： 废钢预热——90 t EF（ 偏心底出 日本山阳 ： 废钢预热 （ 钢 ） ——LF——RH——CC （ 立 式 3 流 ， 370mm×470mm）或 IC——热轧（ 材 ） 和冷轧 。 × 热轧（ 和冷轧。 ） 热轧 生产Ø102-600mm棒材等 ， 外径 棒材等， 外径50-180mm热轧 生产 棒材等 热轧 钢管，外径 冷轧钢管； 钢管，外径22-95mm冷轧钢管； 冷轧钢管
2.6 钢中碳化物缺陷
碳化物缺陷包括液析碳化物、 碳化物缺陷包括液析碳化物、带状碳化物和网 状碳化物，其危害相当于夹杂物； 状碳化物，其危害相当于夹杂物； 碳化物缺陷主要起源于钢在凝固过程中的偏析， 碳化物缺陷主要起源于钢在凝固过程中偏析， 控制和减少凝固偏析是控制和减少碳化物缺陷 的关键环节； 的关键环节； 采用合理的加热、 采用合理的加热、轧制和热处理工艺可进一步 改善碳化物结构和形态，减轻其危害。 改善碳化物结构和形态，减轻其危害。
冶炼过程中应注意的问题
初炼钢液实现低氧化和低温化； 初炼钢液实现低氧化和低温化； 强化初炼钢水的预脱氧； 强化初炼钢水的预脱氧； 采用SiC和Al粉进行扩散脱氧； 和 粉进行扩散脱氧 粉进行扩散脱氧； 采用 精炼中期， 钢中氧含量降低， 也随之降 精炼中期 ， 钢中氧含量降低 ， Al也随之降 线的方法添加Al； 低，采用喂Al线的方法添加 ； 采用喂 线的方法添加
选择合适的精炼渣系； 选择合适的精炼渣系； 防止二次氧化； 防止二次氧化； 合理的吹氩制度； 合理的吹氩制度； 控制适当的残铝量； 控制适当的残铝量； 确保足够的真空度和真空时间。 确保足够的真空度和真空时间。
2.2 轴承钢中的夹杂物及其控制
钢中非金属夹杂物数量和组分的变化 钢中硫化物夹杂对轴承钢质量的影响 工艺参数对钢中夹杂物含量的影响 浇注过程中夹杂物的控制
二、影响轴承钢质量的关键成 分和夹杂物及其控制
氧对轴承钢质量的影响及其控制 轴承钢中的夹杂物及其控制 轴承钢中残余铝的控制 轴承钢中残余钛的控制 硫含量 钢中碳化物缺陷
2.1 氧对轴承钢质量的影响及其控制
钢中w 钢中 T.O=10×10-4%轴承钢的疲劳寿命比 × 轴承钢的疲劳寿命比 wT.O=40×10-4%提高 倍。wT.O=5×10-4%的 提高10倍 × 提高 × 的 疲劳寿命比w 提高30倍 疲劳寿命比 T.O=40×10-4%提高 倍。轴承钢 × 提高 生产的关键在于脱氧。 生产的关键在于脱氧。
高碳轴承钢的特点
高碳 加铬 加入Mo、 、 、 等合金 加入 、Mn、Si、V等合金 严格控制杂质元素，特别是 、 、 、 严格控制杂质元素，特别是P、S、Ni、Cu
危害最大的是氧化物夹杂， 其次是硅酸盐。 危害最大的是 氧化物夹杂，其次是硅酸盐 。 氧化物夹杂 氧化物夹杂的最大粒径和粒子个数是轴承钢疲 劳寿命的根本原因——轴承钢冶炼和浇铸的关 轴承钢冶炼和浇铸的关 劳寿命的根本原因 键在于控制钢中氧含量到极限值、提高纯净度 键在于控制钢中氧含量到极限值、 和组织的均匀性， 和组织的均匀性，即降低钢中氧及非金属夹杂 物含量，控制好夹杂物形态和分布。核心—— 物含量，控制好夹杂物形态和分布。核心 高纯净度钢的生产。 高纯净度钢的生产。
钢中硫化物夹杂对轴承钢质量的影响
有益 有害 对钢的疲劳寿命影响不大
工艺参数对钢中夹杂物含量的影响
电炉出钢温度 搅拌时间 铝脱氧工艺 Ascometal公司认为 ， 对于轴承钢的精炼 ， 公司认为， 对于轴承钢的精炼， 公司认为 应把重点放在： 选择碱性耐材钢包内衬； 应把重点放在 ： 选择碱性耐材钢包内衬 ； 最 大限度地去除炉渣； 尽早形成非常低氧势的 大限度地去除炉渣 ； 尽早形成 非常低氧势的 脱氧精炼渣； 控制气体搅拌， 使夹杂物上浮。 脱氧精炼渣 ； 控制气体搅拌 ， 使夹杂物上浮 。
轴承钢的要求
对化学成分的要求； 对化学成分的要求； 对非金属夹杂物的要求； 对非金属夹杂物的要求； 高且均匀的硬度，高的耐磨性； 高且均匀的硬度，高的耐磨性； 高的接触疲劳强度，保证轴承的正常使用寿命； 高的接触疲劳强度，保证轴承的正常使用寿命； 高的弹性极限和一定的冲击韧性， 高的弹性极限和一定的冲击韧性，承受高的负荷 而不变形，承受一定的冲击负荷； 而不变形，承受一定的冲击负荷；
钢中非金属夹杂物数量和组分的变化
钢中大于5µm的夹杂物在真空后大部分被去除。夹 的夹杂物在真空后大部分被去除。 钢中大于 的夹杂物在真空后大部分被去除 杂物数量比真空前少1/3； 杂物数量比真空前少 ； SKF研究发现 ： 出钢后 研究发现： 出钢后15min夹杂主要由 2O3 和 夹杂主要由Al 研究发现 夹杂主要由 Al2O3·SiO2·MnO组成，来自电弧炉出钢的预脱氧产 组成， 组成 真空前——Al2O3·CaO夹杂，是Al2O3和铁合金 夹杂， 物；真空前 夹杂 Ca-Si 中 的 钙 的 反 应 产 物 ； 真 空 后 —— 夹 杂 中 的 往往包着一层MgS，Mg来自真空下的耐 Al2O3·CaO往往包着一层 往往包着一层 ， 来自真空下的耐 生成Al 材，并与Al2O3生成 2O3·MgO。 并与 。
2.4 轴承钢中残余钛的控制
钛对于高碳铬轴承钢有害，在钢中以Ti(C，N)、 钛对于高碳铬轴承钢有害，在钢中以 ， 、 TiC、 TiN存在呈坚硬的菱角 。 在相同尺寸下 ， 、 存在呈坚硬的菱角。 存在呈坚硬的菱角 在相同尺寸下， 危害大于Al 危害大于 2O3； 实践证明， 超过50× 实践证明，wTi超过 ×10-4%，轴承疲劳寿命 ， 明显下降。电弧炉生产中， 高 明显下降。电弧炉生产中，N高——更严格控 更严格控 制残Ti； 制残 ； 国外SKF3标准规定 Ti≤0.003%； 标准规定w 国外 标准规定 ；
主要内容
概述 影响轴承钢质量的关键成分和夹杂物 及其控制 轴承钢的冶炼 轴承钢的连铸
一、概述
轴承是由内、外套圈、滚动体（滚珠、 轴承是由内 、 外套圈 、 滚动体 （ 滚珠 、 滚柱 或滚针）和保持器四部分组成，除保持器外， 或滚针 ） 和保持器四部分组成 ， 除保持器外 ， 其 余都是由轴承钢制成。当轴承工作时， 余都是由轴承钢制成 。 当轴承工作时 ， 轴承内外 套圈、滚动体间承受高频率 、 变应力作用 。 在轴 套圈 、 滚动体间承受高频率、变应力作用。 承旋转时，还承受离心力的作用， 承旋转时 ， 还承受离心力的作用 ， 并随转速的增 加而增大；滚动体与套圈间不仅存在滚动， 加而增大 ； 滚动体与套圈间不仅存在滚动 ， 而且 还有滑动，所以在滚动体与套圈之间还存在摩擦。 还有滑动， 所以在滚动体与套圈之间还存在摩擦。