潘頂
（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司，江蘇南京 210035）
摘 要：軸承鋼是機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對于軸承鋼的需要也越來越大，并且要求軸承鋼質(zhì)量更加符合工業(yè)發(fā)展要求，傳統(tǒng)的軸承鋼材料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)備的需要，進(jìn)過不斷的更新和改進(jìn)，使高銘軸承鋼成為的工業(yè)中廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)材料。該軸承鋼材料具有較強(qiáng)的抗疲勞能力以及較高的延展性，便于進(jìn)行冷熱加工，同時(shí)還能夠?yàn)闄C(jī)械企業(yè)節(jié)約一定的經(jīng)濟(jì)成本。軸承鋼棒線材控軋控冷工藝與傳統(tǒng)軋制工藝，能夠解決傳統(tǒng)工藝中軸承鋼產(chǎn)品表面存在缺陷的問題，能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來較多經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也能夠拖動軸承鋼獲得更好發(fā)展。
關(guān)鍵詞：軸承；鋼棒線材；控軋控冷工藝
軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量要求較高，并且生產(chǎn)難度較大，對于軸承工業(yè)發(fā)展有著較為重要的作用。現(xiàn)階段，我國軸承鋼質(zhì)量與其他國家相比存在不小的差距，其主要表現(xiàn)在軸承鋼生產(chǎn)中會產(chǎn)生不均勻的碳化物質(zhì)，并且使用壽命較短，使軸承鋼一直處于緩慢發(fā)展的階段。想要提高軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量，就必須解決軸承鋼生產(chǎn)中存在的碳化物質(zhì)不均勻等問題，經(jīng)過研究分析發(fā)現(xiàn)軸承鋼碳化物均勻性會受到軋后冷卻速度、終扎溫度等聯(lián)系密切，本篇文章對軸承鋼棒線材控軋控冷工藝分析，解決軸承鋼生產(chǎn)中存在碳化物質(zhì)不均的問題，提高軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量。
1 軸承鋼概述
軸承鋼是機(jī)械設(shè)備中的基礎(chǔ)部件，滾動承軸應(yīng)用較多，滾動承軸由多個部分組成，如內(nèi)套圈、外套圈等。軸承一般在較為惡劣的環(huán)境中使用，如高速運(yùn)轉(zhuǎn)、高溫低溫等環(huán)境中應(yīng)用。軸承在滾動體中應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要承擔(dān)較多附加荷載力，同時(shí)，還會受到熱應(yīng)力或者是化學(xué)作用的影響。上述環(huán)境和使用條件的作用下，會導(dǎo)致軸承鋼使用壽命降低，導(dǎo)致其出現(xiàn)疲勞磨損等多種情況。軸承鋼的特性容易受到導(dǎo)致材料純凈度和均勻性的影響，材料純凈度是指材料中的雜質(zhì)含量、大小、氣體等，均勻性是指材料的化學(xué)成分、碳化顆粒物等的均勻程度，隨著我國軸承鋼的不斷發(fā)展，但是與國外還存在較大的差距。受到冶煉方法、冶煉水平等多種方面因素的影響，導(dǎo)致軸承鋼生產(chǎn)工藝參數(shù)和工藝控制質(zhì)量存在一定區(qū)別，各個企業(yè)所生產(chǎn)軸承鋼都質(zhì)量存在的參差不齊的情況[1]。最近幾年，對于軸承鋼質(zhì)量不斷提升，軸承鋼在生產(chǎn)過程中可以保證軸承鋼的均勻性，減少了軸承鋼存在雜質(zhì)。
軸承鋼生產(chǎn)過程中應(yīng)避免追求成材率，簡化或是縮短工藝流程，否則會導(dǎo)致軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量出現(xiàn)問題。軸承鋼生產(chǎn)中存在非金屬夾雜物和碳化物顆粒較大，分布不均勻。真空脫氣冶煉方法使氧氣含量大幅度降低，使軸承鋼中的氧氣含量大幅度降低，軸承鋼質(zhì)量獲得明顯提升，但是軸承鋼中雜物和碳化物顆粒較大，分布較為不均勻。如何解決軸承鋼生產(chǎn)碳化物大小和分布均勻性成為軸承鋼生產(chǎn)工藝中急需改善的重點(diǎn)內(nèi)容，只有減少軸承鋼雜物和碳化物顆粒，從而達(dá)到延長軸承鋼使用壽命的目的。軸承鋼表面質(zhì)量對材料利用率也會產(chǎn)生直接的影響，現(xiàn)階段生產(chǎn)企業(yè)的已經(jīng)開始重視表面質(zhì)量，采取的改進(jìn)軋制工藝、增加鋼材驗(yàn)傷等措施，減少軸承鋼表面裂紋，從而提高軸承鋼表面質(zhì)量[2]。如表1所示。
2 軸承鋼棒線材控軋控冷工藝分析
2.1 控制軋制
空扎軋制是指熱軋過程中通過對金屬加熱、變形以及溫度等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，使軋鋼能夠滿足生產(chǎn)條件，從而形成較小的晶粒組織，提高軸承鋼的綜合性能。低碳鋼、低合金使采取控制軋鋼工藝，需要控制工藝參數(shù)，來使細(xì)小晶粒組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體晶粒，奧氏體晶粒學(xué)和珠光體相變后，會形成細(xì)小的珠光體球團(tuán)，有利于提高鋼材料強(qiáng)度以及韌性。控制冷卻主要是控制軋鋼生產(chǎn)中的冷卻速度，使軋鋼性能符合生產(chǎn)需要，熱軋變形的作用下，會使奧氏體溫度獲得提升，減低鐵素體晶粒逐漸變大，從而導(dǎo)致鋼材力學(xué)性能逐漸降低。為了能夠避免上述情況的發(fā)生，因此采取控制冷卻工藝[3]。控制軋鋼和控制冷卻的相互結(jié)合，能夠使軸承鋼韌性和綜合力能獲得強(qiáng)化，使軸承鋼性能合格率較高，簡化生產(chǎn)工序，達(dá)到節(jié)約能源的目的，從而提高軸承鋼企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。控制軋鋼和控制冷卻技術(shù)在軸承鋼生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)間較短，最近幾年，控制軋鋼和控制冷卻技術(shù)水平獲得明顯提升，取得了較好的明顯效果。由于不同軸承鋼企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益不同，很多企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備過于陳舊，導(dǎo)致無法應(yīng)用控制軋鋼和控制冷卻技術(shù)。控制軋鋼和控制冷卻技術(shù)需要機(jī)械設(shè)備具有較強(qiáng)的軋制能力，也要求企業(yè)具有充足的生產(chǎn)空間，才能夠達(dá)到軸承鋼的生產(chǎn)需要 。同時(shí)，控制軋鋼和控制冷卻技術(shù)還能夠達(dá)到節(jié)約能源，提高軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量的作用。
傳統(tǒng)軋制工藝主要是采用奧氏體軋鋼，軋制后使鋼材料冷卻，由于軋鋼溫度 較高，會使碳原子不斷擴(kuò)散，之后在的加上熱軋的變形促進(jìn)二氧化碳提前分解，冷卻后會導(dǎo)致鋼材料中出現(xiàn)較多碳化物質(zhì)，影響軋鋼的性能和強(qiáng)度[4]。傳統(tǒng)的軋機(jī)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行速度較低，種植過程中剛鋼材料溫度下降速度較快，導(dǎo)致軸承鋼溫度不斷提升。新的軋機(jī)設(shè)備速度逐漸提升，軋制過程中溫度基本可以保持在合適的范圍內(nèi)，不會出現(xiàn)溫度下降過快的情況，并且可能出現(xiàn)升溫，為低溫控軋創(chuàng)造了條件。將軋機(jī)溫度降低大，溫度提升需要不斷提升軋機(jī)的強(qiáng)度，增加電功率和軋制能力消耗是提升軋機(jī)強(qiáng)度的主要方式，但是有由于溫度降低會有效節(jié)約燃料，基本可以節(jié)約20%的燃料。如果含碳量較少，應(yīng)適當(dāng)降低鋼材的初始溫度，在鋼材完成變形之后進(jìn)行熱處理，達(dá)到細(xì)節(jié)化晶粒，從而提高鋼材力學(xué)性能和焊接能力，使鋼材表面較為平滑，提高軸承鋼的表面質(zhì)量。
控制軋制工藝可以基本分為三個階段，變形和結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行，加大鋼材料后學(xué)，晶粒體出現(xiàn)反復(fù)變形在進(jìn)行結(jié)晶，使結(jié)晶能夠得到細(xì)化。低溫晶體變形階段，如果軋制變形后的晶體進(jìn)入到未結(jié)晶區(qū)域，已經(jīng)發(fā)生的變形晶體不會再次結(jié)晶，并且還會呈現(xiàn)出加工硬化的狀態(tài)，從而縮小晶體的體積。晶體經(jīng)過兩個階段，軋鋼溫度繼續(xù)降低時(shí)，導(dǎo)致晶粒軋制變形，從而使晶體再次細(xì)化。控制軋制的主要目的是在熱軋的條件下，使軸承鋼韌性和強(qiáng)度獲得提升。棒線材控制軋制流程如圖1所示。
2.2 控制冷卻
控制冷卻是對軋后鋼材的冷卻參數(shù)進(jìn)行控制，冷卻參數(shù)包括初始溫度、終冷溫度和冷卻溫度，控冷工藝參數(shù)如表2所示。控軋后，鋼材料冷卻速度也加快，從而使延緩?qiáng)W氏體的冷卻速度，相變組織會比只進(jìn)行軋鋼控制更加細(xì)微，使軋鋼組織能夠按照生產(chǎn)需要進(jìn)行變化，避免碳化物質(zhì)在冷卻析出，從而達(dá)到提高軋鋼強(qiáng)度的目的，可以使軋鋼性能發(fā)生變化，并且達(dá)到減少軋鋼氧化鐵含量得目標(biāo)，避免軸承鋼出現(xiàn)冷卻不均勻的情況，也可以防止軸承鋼出現(xiàn)變形。控制冷卻實(shí)質(zhì)對于控制軋后學(xué)奧氏體的冷卻速度，將其冷卻至變溫度區(qū)域，冷卻控制能夠防止奧氏體不斷增大，降低晶體的相變溫度，使晶粒不斷細(xì)化。控制冷卻會導(dǎo)致晶體降低。結(jié)晶奧氏體冷卻效果不大，如果不在其進(jìn)行冷卻，會增加軸承鋼晶體的細(xì)化程度。
控制冷卻工藝可以分為三個階段，即一次冷卻、二次冷卻以及三次冷卻。一次冷卻后的溫度可以使奧氏晶體發(fā)生變形，之后再改變鐵素體的溫度，對溫度進(jìn)行冷卻控制，使奧氏體得到變形。奧氏體晶體變大之后，排除組織中存在的碳化物，在這個過程中要注意避免奧氏體出現(xiàn)變形錯位的情況，應(yīng)對鋼材料進(jìn)行固定，使相變溫度保持在合適的范圍內(nèi)，為之后鋼材料變化奠定基礎(chǔ)。相變開始后會出現(xiàn)一定的溫度變化，溫度變化至冷卻范圍內(nèi)被成為二次冷卻，能夠?qū)崿F(xiàn)對鋼材料相變冷卻速度和空冷溫度的控制，從而使軸承鋼綜合力學(xué)性能以及組織能力獲得提升。如果軸承鋼材料所使用低碳鋼、低合金鋼等材料時(shí)，一次冷卻和二次冷卻可以連續(xù)進(jìn)行，溫度達(dá)到珠光體相變結(jié)束之后，所以使碳化物消散。三次冷卻后相變溫度較低，并且會使鋼材料組織發(fā)生變化。一次冷卻的主要目的是使鋼材料中奧氏體更加精細(xì)，并排除鋼材料中多余的碳化物，避免碳化物使鋼材料中出現(xiàn)奧氏晶體。為了能夠提高軸承鋼的性能，必須能夠合理控制冷卻溫度[5]。
2.3 控制軋制與控制冷卻結(jié)合
軸承鋼軋鋼控制的過程中不便于工作人員進(jìn)行操作，如果采取空冷的方式對其進(jìn)行控制，誘導(dǎo)鋼材料發(fā)生變形，使二氧化碳溫度體現(xiàn)析出碳化量，溫度升高之后碳化物體積變大且數(shù)量增多，控制軋制后采取冷卻工藝，奧氏體晶粒在變形之后沒有實(shí)現(xiàn)變大，溫度降低之后會使晶體分散并且變小。軸承鋼棒線材控軋控冷工藝的能夠加快晶粒體的細(xì)化速度，阻止碳化物晶粒體。軸承鋼工藝有較多種，軋后與控制冷卻相結(jié)合，形成全新的軸承鋼制作工藝。高溫再結(jié)晶控軋與軋后的快冷結(jié)合工藝，將軸承鋼鋼材料加熱，保證鋼材料加熱溫度較為均勻，之后形成粗軋和精軋。合理控制終軋溫度，晶體變形完全處于結(jié)晶區(qū)，阻止晶粒出變大，終軋后必須加快冷卻速度，避免軸承鋼表面出現(xiàn)裂紋。軸承鋼碳化物析出必須保證在一定溫度范圍內(nèi)，因此，需要加快鋼材的冷卻速度。高溫在結(jié)晶型和未再結(jié)晶型控軋和軋后快結(jié)合工藝，高溫再結(jié)晶區(qū)溫度進(jìn)行軋制，在結(jié)晶區(qū)進(jìn)行待溫或者是冷卻，鋼溫達(dá)到結(jié)晶區(qū)區(qū)溫度進(jìn)行軋制，從而使碳化物不再被析出，使其能夠達(dá)到要求尺寸。軸承鋼未再結(jié)晶區(qū)軋制，增加晶粒體內(nèi)部變形，碳化物不僅在奧氏體晶體上析出，也會在晶體變形部位進(jìn)行析出，使晶體體積不斷變小，從而使軸承鋼組織獲 得改善。軋后迅速冷卻之后，可以阻斷碳化物的析出，減低溫度可以保 證之軸承鋼質(zhì)量[6]。
終軋溫度降低到晶體與碳化物兩相區(qū)范圍，使碳化物可以發(fā)生變形，從而使其形成半球碳化物，使碳化物更加細(xì)致化。軋鋼快冷之后可以降低晶體溫度，從而使其形態(tài)發(fā)生明顯改變，促進(jìn)其尺寸能夠得到細(xì)化。軋后快冷能夠達(dá)到延長軸承鋼使用壽命的目的，并且對于軸承鋼自身性能影響不嚴(yán)重，可以使碳化物更加均勻，從而增強(qiáng)軸承鋼的疲勞度。軋后采取快冷的手段，能夠使軋件溫度快速通過碳化物達(dá) 到析出溫度區(qū)域，能夠達(dá)到控制碳化物的目的。精軋溫度較低的情況下，可以保證細(xì)晶組織的均勻性。隨著精軋溫度的不斷降低，碳化物晶粒也會更加細(xì)化。
控軋控冷工藝會對軸承鋼棒線材球化退火工藝會產(chǎn)生一定的影響，終軋溫度降低之后，鋼組織和晶粒體會得到充分細(xì)化，并且會使碳化物級別下降，操作人員也無法保證將溫度控制在可控范圍內(nèi)，導(dǎo)致鋼材性能受到較大的影響。同樣的變化條件下，如果冷卻速度越快，鋼組織細(xì)化就越明顯，從而使鋼組織碳化物級別下降。針對于軸承鋼棒材，會降低網(wǎng)狀碳化物級別目標(biāo)，采取低溫控制的方式進(jìn)行軋制，控制好其他溫度，延長其冷卻時(shí)間，從而提高軸承鋼質(zhì)量[7]。
3 結(jié)語
綜上所述，軸承鋼棒線材控軋控冷工藝，能夠通過控軋和控冷方式。使軸承鋼使用壽命以及質(zhì)量獲得提升。軸承鋼在軋制過程中鋼材料會隨著軋制變形，增加軋制溫度和降低溫度，使晶粒增，之后降低鋼材料溫度使其快速冷卻，晶粒體迅速變小，從而使軸承鋼表面更加平滑，避免軸承鋼表面出現(xiàn)裂縫等多種情況，保證軸承鋼質(zhì)量。
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來源：《冶金與材料》
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