轴承钢和齿轮钢炼钢和轧钢注意事项

轴承钢和齿轮钢炼钢和轧钢注意事项
1、以GCr15为代表的轴承钢
高碳铬轴承钢标准GB/T18254-2002是我国对轴承钢交货的最低技术要求。

根据国家标准及有关技术文献，发现影响轴承寿命的主要因素是轴承钢的纯净度和组织均匀性，因此对于高碳铬轴承钢GCr15来讲，提高最终产品轴承的寿命，关键是提高钢材的纯净度和均匀性。

所谓纯洁度就是指钢中夹杂物的含量、夹杂物的类型、气体含量及有害元素的种类及其含量；均匀性是指材料的化学成分、内部结构，包括基体组织，特别是析出相碳化物粒度、间距、夹杂物颗粒和分布等均匀程度。

因此炼钢和轧钢注意事项主要是围绕提高钢材的纯净度和均匀性展开的。

1.1炼钢注意事项
（1）根据标准要求，轴承钢中残氧[O]含量必须不大于12ppm，同时标准还明确规定轴承钢必须采用真空脱气处理，其目的就是要降低钢中的残氧含量和其它有害气体含量。

研究发现氧化物夹杂是轴承钢中最具危害性的，对疲劳破坏有显著的影响。

氧含量越高，不仅造成氧化物夹杂数量增多，而且氧化物夹杂尺寸增大，偏析严重，夹杂级别增高，对疲劳寿命的危害也就加剧。

因此要生产满足使用要求的轴承钢，首先要降低钢中的残氧[O]含量。

降低钢中[O]含量除了采用真空脱气外，另外采用Al粒或颗粒Mg对钢水进行深脱氧也是降低钢水中残氧含量的一种有效方法。

因此轴承钢炼钢过程一方面要注意采用Al粒或颗粒Mg对钢水进行脱氧，另一方面要注意为了进一步减少钢中的残氧含量和其它有害气体含量，要进行真空脱气处理，使得钢中的残氧含量不大于12ppm，并且同时使其它有害气体含量降至最低，以符合标准要求，满足生产使用要求。

（2）同时标准规定轴承钢应进行低倍组织检查。

经酸浸的试样应无缩孔、裂纹、皮下气泡、过烧、白点及有害夹杂物。

同时连铸轴承钢低倍组织中的中心疏松、一般疏松和偏析要符合表1要求。

从标准规定发现，轴承钢对低倍组织要求非常严格，甚至可用苛刻两字来形容，要满足低倍对疏松和偏析的要求，炼钢过程要注意以下几点：
1)中间包钢水的过热度控制在15℃以下;
2)要在在连铸结晶器、二冷段和凝固终端区安装电磁搅拌装置，对钢水
连铸过程进行电磁搅拌;
3)二冷段采用强化冷却技术;
4)凝固终端采用液芯轻压下技术。

通过以上手段来满足轴承钢对低倍组织的要求。

（3）标准要求轴承钢应具有高的纯洁度，即非金属夹杂含量应尽量少。

夹杂物级别必须满足表2要求。

表2
非金属夹杂物对轴承钢性能的有害影响因素，归纳起来，可以分为两个方面，首先是夹杂物的种类和数量，其次是它们的粒度、形状、分布等几何性因子。

A类夹杂是硫化物夹杂，B类夹杂是氧化铝类夹杂，C类夹杂是硅酸盐类夹杂，D类夹杂属于球形氧化物夹杂，A类和C类夹杂属于塑形夹杂，B类和D类属于夹杂属于脆硬性夹杂。

与脆硬性夹杂物相比，塑性夹杂在热变形时，能够与基体协调一致的变形，不会导致严重的局部应力集中，使疲劳裂纹萌生期延长，因而塑性夹杂物对疲劳寿命的影响远远小于脆硬性夹杂物。

对脆硬性夹杂物而言，B类夹杂物比D类夹杂物的危害要小。

因此生产轴承钢，要尽量去除B类和D 类夹杂。

轴承钢钢水用铝或颗粒镁+钙钡复合脱氧剂深脱氧去除钢水的氧含量，铝或颗粒镁脱氧容易生成大量的Al2O3和MgO氧化物类夹杂，如果不去除该两类夹杂，将对轴承钢的疲劳性能造成恶劣影响。

同时C类夹杂即硅酸盐类夹杂在炼钢过程容易上浮，比较容易去除，而Al2O3和MgO氧化物类夹杂比较不容易去除，用钙钡复合脱氧剂一方面可对钢水进行脱氧，另一方面可对上述两类氧化物夹杂进行变性处理形成容易去除的钙铝酸盐、镁铝酸盐及硅酸盐类夹杂。

因此对夹杂物控制而言，炼钢过程要注意对钢水加钙钡复合脱氧剂对生成的氧化物夹杂进行变性处理，同时要加大软吹氩时间，尽量使形成的夹杂物上浮，满足标准对轴承钢夹杂物含量尽量少的要求。

（4）轴承钢中碳化物不均匀性。

轴承钢中碳化物的不均匀性主要表现为碳化物液析、碳化物带状和轧后冷却过程中沿晶界析出的网状碳化物。

标准明确规定热轧轴承钢中的碳化物带状和碳化物液析要满足表3和表4要求。

对网状碳化物而言，轴承钢一般要经过退火后才能使用，因此碳化物网状仅对球化退火后钢材有明确要求，对热轧轴承钢检验没有具体检验要求。

轴承钢的碳化物不均匀性是由于钢锭结晶偏析所造成的，目前国内国外主要从两方面着手改善轴承钢的碳化物不均匀性，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℃;二是加强钢锭或铸坏的高温均热扩散，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;降低终轧温度和加快轧后冷却速度或对钢材正火处理改善网状碳化物，以消除大块碳化物等。

减少钢锭或铸坯的偏析属于炼钢范畴，也是减少碳化物不均匀性炼钢
需要注意的事项。

对钢锭或钢坯进行高温均热扩散，、降低终轧温度和加快轧后冷却速度改善轴承钢碳化物不均匀性则是轧钢范畴。

1.2轧钢注意事项
（1）加热温度控制。

实际生产中，轴承钢钢坯偏析是不可避免的，因此在轧钢生产过程，轴承钢在加热炉中要进行高温均热扩散，以消除轴承钢的碳化物不均匀性。

但同时轴承钢对圆钢直径不大于150mm的钢材有具体的脱碳层深度要求，因此选择一个合理的高温加热温度是轴承钢轧钢生产一个需要注意事项。

（2）网状碳化物对热轧圆钢虽然没有具体的检验要求，但热轧圆钢的碳化物网状级别对退火后的网状碳化物级别有明显影响。

除了炼钢需要注意严格控制碳、铬的含量，在钢锭的凝固过程中，降低钢中树枝状偏析，降低碳化物的级别外，轧钢过程要注意控制较低的终轧温度，并加快轧后的冷却速度，来降低轴承钢的碳化物级别。

实践证明，终轧温度低于850℃时，奥氏体晶粒细小，同时轧后快冷，可防止了在奥氏体晶界上网状碳化物的析出，整个组织为细片状的珠光体，对于消除网状碳化物效果较好。

但轧后快冷的方法在小规格的钢材生产中较容易实现，对于大规格的钢材，控制较低的终轧温度是很困难的，因为轧件的温度过低会增大轧机的负荷，并且使轧件难以咬入，产生断辊等事故，所以对大规格棒材一般采用轧后穿水冷却，将钢材的温度控制在600℃左右，可以避免网状碳化物的析出或降低网状碳化物级别。

对不同规格轴承钢圆钢，终轧温度和轧后冷却速度控制多少合适将是轧钢一个注意事项。

（3）表面质量的控制。

标准要求钢材应加工良好，表面不得有裂纹、折叠、拉裂、结疤和夹杂及其他对使用有害的缺陷。

因此轧钢过程要加强过程控制，防止出现对使用有害的表面质量缺陷。

2、以20CrMnTi、42CrMo为代表的齿轮汽车用钢
齿轮钢标准GB/T5216-2004是我国对齿轮钢交货的最低技术要求。

对齿轮钢而言，最基本的四项质量指标是特定的淬透性及窄的淬透性带宽，高的纯净度、细的晶粒度和良好的表面质量。

因此炼钢和轧钢主要是围绕上述四项指标展开的。

2.1炼钢注意事项
（1）化学成分的控制。

齿轮钢淬透性及淬透性带宽的控制主要决定于化学成分的精确控制和化学成分的均匀性。

选择一个特定的齿轮钢钢种以后，基本上就确定了所使用材料的淬透性。

淬透性确定后，淬透性带宽的大小很大程度上影响热处理变形，淬透性带宽愈窄，离散度愈小，愈有利于齿轮的加工及提高其啮合精度。

因此，淬透性带宽是评价齿轮钢质量的重要指标。

研究表明，化学成分在标准允许的范围内波动，及各元素间的相对含量的变化，都会明显地影响钢材的淬透性带宽，其中尤以碳含量及C和Ti的相对含量十分明显。

因此为了获得特定钢种的窄的淬透性带，齿轮钢在炼钢过程化学成分在国标范围要求的基础上，炼钢要进行化学成分窄带控制，其中为了获得良好的淬透性，C及合金元素含量要控制在标准要求的中上限，或者根据客户不同要求进行定制，在获得良好淬透性的基础上，再进行成分窄带控制，保证化学成分的均匀性，以此获得特定钢种窄的淬透性带，满足齿轮加工和使用要求。

（2）齿轮钢纯净度控制。

齿轮钢的纯净度要求，主要指氧化物夹杂含量的降低以及除S以外其它有害元素的降低(齿轮钢有时需要保持一定的硫含量以改善切削性，因为这个因素，有时有些齿轮钢还要经过再硫化处理，这也是炼钢需要注意的地方)。

大量研究也表明，随着O 含量的降低，齿轮的疲劳寿命将大幅度
提高。

目前，我国齿轮钢O 含量标准要求小于20 ppm，而国外一般要求小于15 ppm，日本采用双真空工艺可以达到小于10 ppm 水平。

降低钢中的氧含量，有两种途径，一是采用真空脱气，另一种是铝粉或颗粒镁+钙钡复合脱氧剂对钢水进行深脱氧，或者两者的结合。

采用铝粉或颗粒镁进行脱氧，容易产生Al2O3和MgO氧化物，不去除的话，对疲劳性能影响很大，而硅酸盐类夹杂物在钢水冶炼过程容易上浮去除，使用钙钡复合脱氧剂一方面可起到脱氧的效果，另一方面可对上述氧化物夹杂进行变性处理，形成比较容易去除的钙铝酸盐、镁铝酸盐及其他硅酸盐类夹杂，然后再通过对钢水进行一定时间的软吹氩去除变性处理后的夹杂物或没有能够通过变性处理仍保持原特性的氧化物夹杂，从而提高钢水的纯净度。

如果在以上基础上，再经过真空脱气处理，钢质将更加纯净。

（3）晶粒度控制。

目前国内齿轮钢的奥氏体晶粒度级别一般要求细于或等于5级。

晶粒细化主要通过添加一定量的细化晶粒元素如Al、Ti、Nb 等来达到。

但在要求疲劳性能较高的钢中，是不宜用Ti 来细化晶粒的。

因此，晶粒细化
主要靠适量的Al 来保证，用Al细化晶粒的话，是需要在钢中保持一定的酸溶铝含量(0.010%~0.040%)来达到这一目的。

如何保持钢中保持一定的酸溶铝含量也是炼钢需要注意的地方。

（4）带状组织控制。

带状组织虽然不是齿轮钢的四大质量指标之一，但带状组织造成了低合金齿轮钢的各向异性，降低了力学性能、切削性能和淬透性，而且带状组织还增加了热处理过程中产品的变形率，甚至可引起开裂。

因此带状组织的影响必须考虑。

由于带状组织的影响，尤其对淬火变形的影响，要求在实际生产中必须对其级别进行控制，一般要求在3级以下。

带状组织包括一次带状组织和二次带状组织，一次带状组织是由枝晶偏析形成的原始带状，二次带状组织是固态相变所产生的显微组织带状，即通常所说的带状组织。

二者关系是只有在一次带状的基础上形成二次带状组织，但有一次带状组织的钢材不一定出现二次带状组织，通常认为，元素枝晶偏析是产生带状组织的最根本原因。

因此要避免带状组织的产生或减轻带状组织产生的级别，在炼钢过程必须避免或减轻枝晶偏析。

要减轻枝晶偏析，和轴承钢一样，炼钢过程要注意以下几点：
1)中间包钢水的过热度控制在15℃以下;
2)要在在连铸结晶器、二冷段和凝固终端区安装电磁搅拌装置，对钢水
连铸过程进行电磁搅拌;
3)二冷段采用强化冷却技术;
4)凝固终端采用液芯轻压下技术。

2.2轧钢注意事项
（1）加热温度控制。

由于炼钢过程很难消除齿轮钢钢坯枝晶偏析，因此在轧钢生产过程，钢坯在加热炉中可进行高温均热扩散，使碳和合金元素尽量扩散，以减轻或消除齿轮钢的枝晶偏析，避免后续带状组织的产生或达到降低其带状组织的目的。

同时齿轮钢在后续齿轮加工过程需要进行表面渗碳或碳氮共渗，增加齿轮表面硬度，提高疲劳性能，因此齿轮圆钢不检验脱碳层深度，因此在轧钢过程加热炉加热温度可适当提高，具有一定的灵活性，但同时齿轮钢对奥氏体晶粒度有一定要求，如果加热温度过高对齿轮钢的奥氏体晶粒度将会有不利影响，因此加热温度多少合适将是轧钢过程需要注意的事项。

（2）大量研究表明，终轧温度和轧后冷却速度是影响带状组织的关键因素，尤其是轧后冷却速度。

所有资料都表明，轧后冷却速度增加齿轮钢，带状组织将减轻或消除。

但对终轧温度高低对带状组织的影响没有一致意见。

同时消除带状
组织的临界冷却速度也不是一个恒定值。

因此终轧温度和轧后冷却速度控制多少对齿轮钢来说也是轧钢一个注意事项。

（3）标准规定，供压力加工用的钢材，表面不得有的裂纹、结疤、折叠及夹杂。

如有上述缺陷必须清除。

因此轧钢过程要加强过程控制，防止出现上述表面质量缺陷。

3、棒材精整注意事项
棒材下线后，还需要离线精整，离线精整的主要作用是对轧制后的钢材进行交货前的最终检查处理，对于不符合交货状态标准（例如：内外缺陷、直度、重量、标识、外观等）要求的货物进行分选和处理，不仅保证钢材的内在质量，同时也获得了更好的外观质量，达到产品100%合格。

离线精整的工艺流程主要是：上料→抛丸→矫直→水清洗→倒棱→弯钢阻挡→漏磁探伤→超声波探伤→分钢→自动贴标一自动打包→称重、收集→入库。

抛丸、矫直、倒棱都可实现单机生产，单独进行。

针对工艺流程中的不同节点，须有相应的专属设备或装置。

同时针对不同钢种，还需要缓冷坑、热处理炉、银亮设备、剥皮机和磨光设备等。

因此对棒材来说，离线精整也是一个注意事项。