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留意事项

1、以GCr15 为代表的轴承钢

高碳铬轴承钢标准GB/T18254-2023是我国对轴承钢交货的最低技术要求。依据国家标准及有关技术文献，觉察影响轴承寿命的主要因素是轴承钢的纯洁度和组织均匀性，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洁度和均匀性。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、内部构造，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。因此炼钢和轧钢留意事项主要是围绕提高钢材的纯洁度和均匀性开放的。1.1炼钢留意事项

（1）依据标准要求，轴承钢中残氧[O]含量必需不大于12ppm，同时标准还明

确规定轴承钢必需承受真空脱气处理，其目的就是要降低钢中的残氧含量和其它

有害气体含量。争论觉察氧化物夹杂是轴承钢中最具危害性的，对疲乏破坏有显著

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，偏析严峻，夹杂级别增高，对疲乏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]含量除了承受真空脱

气外，另外承受Al粒或颗粒Mg对钢水进展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留意承受Al粒或颗粒Mg对钢水进展脱氧，另一方面要留意为了进一步削减钢中的残氧含量和其它有害气体含量，要进

展真空脱气处理，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展低倍组织检查。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。

表1

低倍组织类型合格级别不大于

中心疏松 1.5

一般疏松 1.0

偏析 1.0

从标准规定觉察，轴承钢对低倍组织要求格外严格，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，炼钢过程要留意以下几点：

1)中间包钢水的过热度掌握在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

连铸过程进展电磁搅拌;

3)二冷段承受强化冷却技术;

4)凝固终端承受液芯轻压下技术。

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

杂物级别必需满足表2 要求。

表2

夹杂物类型 合格级别 不大于 表 4 碳化物液析合格级别

规格 合格级别 不大于

≤60 热轧不退火材 2.0

＞60 热轧不退火材 2.5

细系

粗系 A 2.5

1.5 B

2.0

1.0 C 0.5

0.5 D

1.0 1.0

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、外形、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，能够与基体协调全都的变形，不会导致严峻的局部应力集中，使疲乏裂纹萌生期延长，因而塑性夹杂物对疲乏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， 铝或颗粒镁脱氧简洁生成大量的 Al2O3 和 MgO 氧化物类夹杂，假设不去除该两 类夹杂，将对轴承钢的疲乏性能造成恶劣影响。同时 C 类夹杂即硅酸盐类夹杂在炼钢过程简洁上浮，比较简洁去除，而Al2O3 和 MgO 氧化物类夹杂比较不简洁去除，用钙钡复合脱氧剂一方面可对钢水进展脱氧，另一方面可对上述两类氧化物夹杂进展变性处理形成简洁去除的钙铝酸盐、镁铝酸盐及硅酸盐类夹杂。因此对夹杂物掌握而言，炼钢过程要留意对钢水加钙钡复合脱氧剂对生成的氧化物夹杂进展变性处理，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。

表 3 碳化物带状合格级别

规格 合格级别 不大于

≤80 热轧不退火材 3.0

＞80-150 热轧不退火材 3.5

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，严格掌握浇铸温度，将过热度掌握在 10-15℃;二是加强钢锭或铸坏的高温均热集中，对钢锭或钢坯进展高温均热集中，以消退碳化物液析，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，以消退大块碳化物等。削减钢锭或铸坯的偏析属于炼钢范畴，也是削减碳化物不均匀性炼钢

需要留意的事项。对钢锭或钢坯进展高温均热集中，、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轧钢留意事项

（1）加热温度掌握。实际生产中，轴承钢钢坯偏析是不行避开的，因此在轧

钢生产过程，轴承钢在加热炉中要进展高温均热集中，以消退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留意事项。

（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。除了炼钢需要留意严格掌握碳、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，轧钢过程要留意掌握较低的终轧温度，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，对于消退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简洁实现，对于大规格的钢材，掌握较低的终轧温度是很困难的，由于轧件的温度过低

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

一般承受轧后穿水冷却，将钢材的温度掌握在600℃左右，可以避开网状碳化物

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

度掌握多少适宜将是轧钢一个留意事项。

（3）外表质量的掌握。标准要求钢材应加工良好，外表不得有裂纹、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掌握，防

止消灭对使用有害的外表质量缺陷。

2、以20CrMnTi、42CrMo 为代表的齿轮汽车用钢

齿轮钢标准GB/T5216-2023 是我国对齿轮钢交货的最低技术要求。对齿轮

钢而言，最根本的四项质量指标是特定的淬透性及窄的淬透性带宽，高的纯洁度、细的晶粒度和良好的外表质量。因此炼钢和轧钢主要是围绕上述四项指标开放的。

2.1炼钢留意事项

（1）化学成分的掌握。齿轮钢淬透性及淬透性带宽的掌握主要打算于化学成

分的准确掌握和化学成分的均匀性。选择一个特定的齿轮钢钢种以后，根本上就

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。争论说明，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 的相对含量格外明显。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根底上，炼

钢要进展化学成分窄带掌握，其中为了获得良好的淬透性，C及合金元素含量要掌

握在标准要求的中上限，或者依据客户不同要求进展定制，在获得良好淬透性的

根底上，再进展成分窄带掌握，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）齿轮钢纯洁度掌握。齿轮钢的纯洁度要求，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肯定的硫含量以改

善切削性，由于这个因素，有时有些齿轮钢还要经过再硫化处理，这也是炼钢需

要留意的地方)。大量争论也说明，随着O 含量的降低，齿轮的疲乏寿命将大幅

度