軸承鋼連鑄技術(shù)專題講座PPT

1、 軸承鋼連鑄技術(shù)軸承鋼連鑄技術(shù) 內(nèi)容：內(nèi)容： 1 ：軸承鋼概述 2 ：影響軸承鋼質(zhì)量的關(guān)鍵成分和夾雜物及其 控制 3：軸承鋼的連鑄 軸承是軸承是“工業(yè)的心臟工業(yè)的心臟”。 軸承鋼是重要的冶金產(chǎn)品，它被廣泛應(yīng)用于軸承鋼是重要的冶金產(chǎn)品，它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、鐵路運(yùn)機(jī)械制造、鐵路運(yùn) 輸、汽車制造、國(guó)防工業(yè)輸、汽車制造、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。軸承鋼是特鋼產(chǎn)品中生產(chǎn)難等領(lǐng)域。軸承鋼是特鋼產(chǎn)品中生產(chǎn)難 度較大的鋼類之一。度較大的鋼類之一。 2009年和年和2010年我國(guó)軸承鋼產(chǎn)量分別為年我國(guó)軸承鋼產(chǎn)量分別為 350萬(wàn)噸和萬(wàn)噸和358萬(wàn)噸，占當(dāng)年特鋼產(chǎn)量的萬(wàn)噸，占當(dāng)年特鋼產(chǎn)量的7.8和和7.6。 軸承鋼總產(chǎn)量

2、連續(xù)軸承鋼總產(chǎn)量連續(xù)6年列為世界第一，高等級(jí)軸承鋼僅占年列為世界第一，高等級(jí)軸承鋼僅占1/5； 高質(zhì)量軸承鋼僅占高質(zhì)量軸承鋼僅占34；多數(shù)為高碳含鉻軸承鋼、中碳軸承；多數(shù)為高碳含鉻軸承鋼、中碳軸承 鋼和滲碳表面硬化軸承鋼，而不銹耐蝕、高溫難溶及防磁類型鋼和滲碳表面硬化軸承鋼，而不銹耐蝕、高溫難溶及防磁類型 的軸承鋼比例在的軸承鋼比例在3.8以下（約以下（約1315萬(wàn)噸）。萬(wàn)噸）。 一、概述 滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成。滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成。 內(nèi)圈：與軸頸相配（一般轉(zhuǎn)動(dòng)）內(nèi)圈：與軸頸相配（一般轉(zhuǎn)動(dòng)） 2 1 3 4 1 2 3 4 外圈：與軸承座相配（一

3、般靜止）外圈：與軸承座相配（一般靜止） 滾動(dòng)體：將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)體：將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦 保持架：防止?jié)L動(dòng)體直接接觸保持架：防止?jié)L動(dòng)體直接接觸 除保持架外，其余都是由軸承鋼制成。除保持架外，其余都是由軸承鋼制成。 常見的滾動(dòng)體有六種形狀，一種是球形，五種是滾子。常見的滾動(dòng)體有六種形狀，一種是球形，五種是滾子。 當(dāng)軸承工作時(shí)，軸承內(nèi)外套圈、滾動(dòng)體間承受高頻率、 變應(yīng)力作用。在軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)，還承受離心力的作用，并隨 轉(zhuǎn)速的增加而增大；滾動(dòng)體與套圈間不僅存在滾動(dòng)，而且 還有滑動(dòng)，所以在滾動(dòng)體與套圈之間還存在摩擦。 在幾種力的綜合作用下，在套圈或滾動(dòng)體的表面上抗疲 勞強(qiáng)度低的部位首先產(chǎn)生

4、疲勞裂紋，最后形成疲勞剝落， 使軸承破損失效。軸承鋼正常破損的形式是接觸疲勞損壞， 其次是摩擦磨損使精度喪失。 非金屬夾雜物或粗大碳化物，則可促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生。 軸承鋼要求高疲勞壽命軸承鋼要求高疲勞壽命 對(duì)化學(xué)成分的要求； 對(duì)非金屬夾雜物的要求； 高且均勻的硬度，高的耐磨性； 高的接觸疲勞強(qiáng)度，保證軸承的正常使用壽命； 高的彈性極限和一定的沖擊韌性，承受高的負(fù)荷而不變 形，承受一定的沖擊負(fù)荷； 良好的尺寸穩(wěn)定性，以保證精度，減輕振動(dòng)和噪聲 精密軸承； 一定的耐蝕性； 良好的工藝性能，以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。 高碳鉻軸承鋼 滲碳軸承鋼 不銹軸承鋼 高溫軸承鋼和中碳軸承鋼 使用最廣、應(yīng)用最久的是高碳

5、鉻軸承鋼。 高碳 加鉻 加入mo、mn、si、v等合金 嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素，特別是p、s、ni、cu 危害最大的是氧化物夾雜，其次是硅酸鹽。氧化物夾 雜的最大粒徑和粒子個(gè)數(shù)是軸承鋼疲勞壽命的根本原因 軸承鋼冶煉和澆鑄的關(guān)鍵在于控制鋼中氧含量到極限值、 提高純凈度和組織的均勻性，即降低鋼中氧及非金屬夾雜 物含量，控制好夾雜物形態(tài)和分布。核心高純凈度鋼 的生產(chǎn)。 氧對(duì)軸承鋼質(zhì)量的影響及其控制 軸承鋼中的夾雜物及其控制 軸承鋼中殘余鋁的控制 軸承鋼中殘余鈦的控制 硫含量 鋼中碳化物缺陷 鋼中wt.o=1010-4%軸承鋼的疲勞壽命比wt.o=4010- 4%提高10倍。wt.o=510-4%的疲勞壽命

6、比wt.o=4010-4% 提高30倍。軸承鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵在于脫氧。 全氧含量與軸承疲勞壽命的關(guān)系全氧含量與軸承疲勞壽命的關(guān)系 初煉鋼液實(shí)現(xiàn)低氧化和低溫化； 強(qiáng)化初煉鋼水的預(yù)脫氧； 采用sic和al粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧； 精煉中期，鋼中氧含量降低，al也隨之降低，采用喂 al線的方法添加al； 選擇合適的精煉渣系； 防止二次氧化； 合理的吹氬制度； 控制適當(dāng)?shù)臍堜X量； 確保足夠的真空度和真空時(shí)間。 鋼中非金屬夾雜物數(shù)量和組分的變化 鋼中硫化物夾雜對(duì)軸承鋼質(zhì)量的影響 工藝參數(shù)對(duì)鋼中夾雜物含量的影響 澆注過(guò)程中夾雜物的控制 夾雜物造成的滾動(dòng)面疲勞破壞夾雜物造成的滾動(dòng)面疲勞破壞 鋼中大于5m的夾雜物在真空后

7、大部分被去除。夾雜物數(shù)量 比真空前少1/3； s k f 研 究 發(fā) 現(xiàn) ： 出 鋼 后 1 5 m i n 夾 雜 主 要 由 a l 2 o 3 和 al2o3sio2mno組成，來(lái)自電弧爐出鋼的預(yù)脫氧產(chǎn)物；真空 前al2o3cao夾雜，是al2o3和鐵合金ca-si中的鈣的反 應(yīng)產(chǎn)物；真空后夾雜中的al2o3cao往往包著一層mgs， mg來(lái)自真空下的耐材，并與al2o3生成al2o3mgo。 有益 有害 對(duì)鋼的疲勞壽命影響不大 電爐出鋼溫度 攪拌時(shí)間 鋁脫氧工藝 ascometal公司認(rèn)為，對(duì)于軸承鋼的精煉，應(yīng)把重點(diǎn) 放在：選擇堿性耐材鋼包內(nèi)襯；最大限度地去除爐渣； 盡早形成非常低氧勢(shì)

8、的脫氧精煉渣；控制氣體攪拌，使 夾雜物上浮。 模鑄重點(diǎn)放在避免鋼包和錠模之間鋼水流的二次氧化； 最大限度地避免鋼水和耐材的作用；最大限度地避免鋼包 渣、保溫劑或澆注保溫渣的卷入； 連鑄檢測(cè)鋼包中的下渣量；吹氬保護(hù)，防二次氧化； 選用優(yōu)質(zhì)的耐材。 金屬鋁及aln溶于酸，用als表示。終脫氧用al是獲得低 氧含量的鋼液和保證鋼中有合適als。als高保護(hù)條 件不好易二次氧化增加al2o3夾雜；als低si的二次 氧化及鋼液隨溫度降低溶解氧析出，產(chǎn)生含sio2很高的粗 大玻璃質(zhì)硅酸鹽夾雜。如果要使鋼材晶粒細(xì)化，獲得高強(qiáng) 韌性，殘余鋁可高些。對(duì)滲碳軸承鋼來(lái)說(shuō)，殘余鋁需要控 制得高些；對(duì)于高碳軸承鋼對(duì)此

9、控制要求不太高。 特殊鋼中典型特殊鋼中典型 的球狀不變形的球狀不變形 鈣鋁鎂酸鹽夾鈣鋁鎂酸鹽夾 雜物形貌雜物形貌 鈦對(duì)于高碳鉻軸承鋼有害，在鋼中以ti(c，n)、tic、tin 存在呈堅(jiān)硬的菱角。在相同尺寸下，危害大于al2o3； 實(shí)踐證明，wti超過(guò)5010-4%，軸承疲勞壽命明顯下降。 電弧爐生產(chǎn)中，n高更嚴(yán)格控制殘ti； 國(guó)外skf3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定wti0.003%； 許多人認(rèn)為硫含量不會(huì)影響軸承壽命，甚至能減輕氧 化物的有害作用。但隨著純凈鋼的提高，氧化物夾雜 含量減少，硫化物的有害作用逐漸表現(xiàn)出來(lái) 日本一家著名微型軸承企業(yè)要求硫含量不高于0.003% 瑞典skf0.015% 寶鋼0.008

10、% 碳化物缺陷包括液析碳化物、帶狀碳化物和網(wǎng)狀碳化物， 其危害相當(dāng)于夾雜物； 碳化物缺陷主要起源于鋼在凝固過(guò)程中的偏析，控制和減 少凝固偏析是控制和減少碳化物缺陷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)； 采用合理的加熱、軋制和熱處理工藝可進(jìn)一步改善碳化物 結(jié)構(gòu)和形態(tài)，減輕其危害。 高碳鉻軸承鋼，對(duì)鋼的夾雜物和碳化物要求較為苛刻，鑄 坯易產(chǎn)生偏析、縮孔和裂紋等缺陷連鑄困難，發(fā)展慢。 日本山陽(yáng)特殊鋼廠于1982年建成連鑄機(jī)，氧含量比模鑄降 低2.510-4%； 瑞典skf公司ovako廠于1991年投入的新車間沿用模鑄生 產(chǎn)軸承鋼，美國(guó)timken公司沒有采用連鑄。1991年和 1997年在astm舉辦的軸承鋼國(guó)際會(huì)議，軸承

11、鋼連鑄仍然 是一個(gè)有爭(zhēng)議的課題； 到目前為止，沒有一片文章報(bào)道，徹底解決了軸承鋼連鑄 坯的中心碳偏析問(wèn)題； 軸承鋼的連鑄工藝一般應(yīng)包括：鋼包和中間包烘烤、下渣 監(jiān)測(cè)、留鋼及中間包鋼水加熱，全程無(wú)氧化保護(hù)澆注，結(jié) 晶器頁(yè)面自動(dòng)控制，結(jié)晶器小振幅高頻率振動(dòng)，結(jié)晶器二 冷末端電磁攪拌，輕壓下技術(shù)。 鋼液準(zhǔn)備 溫度控制 連鑄機(jī)的選擇 拉速和二冷的控制 保護(hù)澆鑄 連鑄電磁攪拌 連鑄軸承鋼的碳化物特性及其均勻化技 術(shù) 鑄坯斷面、壓縮比及輕壓下 連鑄坯的質(zhì)量 嚴(yán)格控制化學(xué)成分 較少或消除鑄坯內(nèi)裂和偏析裂，mn/s30，鋼液殘鋁量 0.01%-0.015%堵水口，減少al2o3 鋼類mn/sn/10-4%h/

12、10-4%o/10-4%al/%過(guò)熱度/二冷強(qiáng)度/lkg-1 高碳鉻軸承鋼30803120.01-0.01510-200.25 滲碳鉻鎳軸承鋼30803120.01-0.01515-250.30 耐熱不銹軸承鋼30803120.01-0.01515-250.25 冷卻強(qiáng)度比模鑄大，凝固界面的溫度梯度高，柱狀晶發(fā)達(dá)， 樹枝晶相遇，產(chǎn)生“搭橋”現(xiàn)象。因此，連鑄坯心部產(chǎn)生 周期性斷續(xù)的縮孔與偏析； 鑄坯凝固時(shí)柱狀晶發(fā)達(dá)因素中，過(guò)熱度、二冷強(qiáng)度等是導(dǎo) 致偏析與縮孔主要因素。影響連鑄坯低倍質(zhì)量的連鑄工藝 參數(shù)中，過(guò)熱度占主要地位； 軸承鋼要求盡可能低的過(guò)熱度、較慢的拉速下澆鑄才能得 到偏析小、組織均勻而

13、致密的鋼坯。 t精煉終點(diǎn)=t液+t鋼包-中間包+t+k（t1+t2） k值與鋼包容量、耐火材料的導(dǎo)熱性和加熱周轉(zhuǎn)情況密 切相關(guān)，使鋼包處于熱平衡狀態(tài)取得的值。 軸承鋼選擇立式較為理想。它是高質(zhì)量、高硬度鋼，若采 用弧型機(jī)，關(guān)鍵是弧型半徑硬度高，鑄坯矯直時(shí)，弧 型半徑不能保證鑄坯變形的允許限度，則以產(chǎn)生矯直裂紋。 軸承鋼的弧型半徑為：r=（25-55）d（一般為50d）。 軸承鋼含碳量高對(duì)裂紋敏感，采用弱冷二冷制度。低 拉速有利于縮短液心長(zhǎng)度，抑制柱狀晶的長(zhǎng)大，減小中心 疏松和中心偏析。但過(guò)低給矯直和切割帶來(lái)困難，不 利于多爐連澆。 二冷水量過(guò)大鑄坯表面溫度低，橫斷面上溫度梯度大， 利于柱狀晶生

14、長(zhǎng)，柱狀晶區(qū)就寬； 二冷水量過(guò)小可使柱狀晶區(qū)寬度減少，等軸晶區(qū)擴(kuò) 大，但剛的凝固系數(shù)下降，液相穴增長(zhǎng)，對(duì)于改善軸心 碳偏析不利； 使用0.15-0.20 mpa的壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)氣-霧冷卻工藝，二 冷水量很小，配合低拉速保證鑄坯溫度大于900。拉速 一般控制在0.3-0.8m/min，并根據(jù)鑄坯的斷面尺寸調(diào)整拉 速，將二冷配水量控制在0.25-0.31 l/kg。 是防止二次氧化所必備的條件。四個(gè)環(huán)節(jié)：鋼包至中間包 的鋼流、中間包的內(nèi)鋼液面、中間包至結(jié)晶器鋼流、結(jié)晶 器內(nèi)鋼液面； 內(nèi)空部 熔鋼流耐磨 性 身體部 耐熱沖擊性 熔渣,侵入部 長(zhǎng)時(shí)間耐侵 蝕性 中間包至結(jié)晶器使用浸入式水口 結(jié)晶器內(nèi)鋼

15、液面采用適應(yīng)低過(guò)熱度和低拉速澆鑄的保護(hù)渣。 電磁攪拌對(duì)改善軸承鋼的連鑄坯質(zhì)量有重要作用高溫 區(qū)和低溫區(qū)充分混合，加快過(guò)熱度的導(dǎo)出，并折斷樹枝晶， 增加結(jié)晶核心及等軸晶數(shù)量，有效地控制樹枝晶“搭橋” 想象，改善鑄坯中心碳偏析、中心疏松、縮孔等缺陷。 為改善碳化物，一般在連鑄澆鑄和鑄坯的加熱過(guò)程中，采 用凈化鋼水、中間包鋼水低過(guò)熱度澆鑄、低拉速和合適的 二冷強(qiáng)度、合理的結(jié)晶器和二冷末端的電磁攪拌組合使用、 輕壓下技術(shù)和合理的連鑄坯加熱技術(shù)。 壓縮比與某些質(zhì)量指標(biāo)發(fā)生關(guān)系，如低倍組織、碳化物不 均勻性； 連鑄坯鋼材的壓縮比小于鋼錠成材連鑄軸承鋼碳化物 不均勻沒有達(dá)到模鑄材原因之一。另外鋼錠一般需經(jīng)均

16、熱 爐高溫?cái)U(kuò)散退火處理，碳化物偏析得到不同程度的均勻擴(kuò) 散； 鋼錠二火成材（鋼錠均熱爐、初軋機(jī)開坯后鋼坯連續(xù) 加熱爐加熱），碳化物不均勻性再次改善； 連鑄坯一次成材，碳化物擴(kuò)散極其有限。 連鑄坯斷面尺寸的選擇兩種思想： 日本大截面鑄坯，甚至選用垂直型鑄機(jī) 歐美小方坯連鑄機(jī)，省去開坯，一次成材 大冶經(jīng)驗(yàn)：小方坯生產(chǎn)特殊鋼，尤其是軸承鋼，為質(zhì)量問(wèn) 題根源。壓縮比小，鋼材致密度不夠，宏觀組織滿足不了 要求；壓縮比小，碳化物偏析得不到改善。 高碳鉻軸承鋼連鑄坯：180mm180mm、200mm200mm、 210mm240mm，軋制成直徑55mm圓鋼，可滿足我國(guó)現(xiàn) 行軸承鋼的要求，壓縮比為14-21，

17、壓縮比不得小于14。 對(duì)于滾動(dòng)體軸承鋼，有人認(rèn)為最小壓縮比應(yīng)為：35-50。 軸承鋼的鑄坯斷面尺寸一般不應(yīng)小于200mm200mm，較 大斷面的鑄坯，可借助大的壓縮比來(lái)達(dá)到改善中心偏析和 中心疏松的目的。此外，矩形坯的中心偏析程度比方形坯 輕。 大斷面鑄坯需經(jīng)二次成材，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高；小斷面 一次成材，費(fèi)用低。但是高碳鉻軸承鋼的軸心碳偏析是一 個(gè)突出的質(zhì)量問(wèn)題特別是用于制作滾珠或滾針要特別慎重。 在鑄坯凝固末端采用“輕壓下”裝置，即在液相穴位部適 當(dāng)?shù)奈恢?，用壓輥?duì)鑄坯施加一定的壓力使其適度輕微變 形，可以改善中心疏松和偏析。輕壓下主要是對(duì)液相濃縮 金屬有向上的擠移作用和碎散分布作用改善連

18、鑄坯的 軸心偏析和致密度。 國(guó)際上掌握并廣泛應(yīng)用動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)的公司主 要有： 奧鋼聯(lián)vai; 德國(guó)sms demag; 意大利danieli; 日本住友重機(jī); vai連鑄機(jī)在中國(guó)板坯連鑄機(jī)份額達(dá)到60% 氧及夾雜物含量 碳化物不均勻性 連鑄軸承鋼的接觸疲勞壽命 爐外精煉提高了軸承鋼的質(zhì)量，連鑄軸承鋼的氧含量 進(jìn)一步提高，因?yàn)槟ｈT水口鋼流與大氣接觸，中注管、湯 道系統(tǒng)的耐火材料污染了鋼液。 日本和德國(guó)是世界上采用連鑄工藝生產(chǎn)軸承鋼較早且數(shù)量 較大的國(guó)家，瑞典skf公司到目前為止仍堅(jiān)持模鑄工藝。 廠家廠家工藝工藝 wt.o/ 10- 4% 夾雜物夾雜物 abcd 細(xì)細(xì)粗粗細(xì)細(xì)粗粗細(xì)細(xì)粗粗細(xì)細(xì)粗粗 skf mr-bq+模鑄模鑄132.01.51.50.2000.50 mr-pbq+模鑄模鑄101.00.51.