抗疲劳性能下高碳轴承钢质量的改善分析

随着现代科学技术的不断发展,人们开始生产性能好、价格便宜的高碳轴承钢,并将其应用到机床、机械、轨道交通等多个领域。为了进一步延长轴承的使用年限,不断优化高碳轴承钢的性能,要改善冶金质量。文章主要以高碳轴承钢为研究对象,分析了滚动轴承钢疲劳性能,研发了长寿命热处理技术,并就轴承钢的性能进行了评估,以期进一步提高钢铁行业的冶金技术水平。

超纯净高碳轴承钢冶炼工艺分析

阐述了超纯净高碳轴承钢冶炼工艺流程及特点,分析了超纯净钢的工艺过程控制措施和冶炼技术要点。

高碳铬轴承钢球化退火碳化物尺寸评级标准的对比讨论

本文对比分析制造业现行以下各标准关于高碳铬轴承钢碳化物尺寸规定:GB/T 18254-2016高碳铬轴承钢第5级别图退火组织,SEP 1520-1998钢中碳化物图谱系列显微检验法(斯凯孚公司D33标准总则采用同一标准),ASTM A892-09(2020)高碳轴承钢显微组织的定义和等级的标准导引及其附录金相图谱,舍弗勒公司轴承钢100Cr6球化退火显微组织标准(图谱)S 261010。对于球化退火碳化物尺寸评级,可见我国标准比国外标准级数少,且碳化物尺寸级差不均匀;我国企业通常要求第2级合格,碳化物尺寸偏大,并且显示偏聚程度较大和存在个别大颗粒;没有对超细球化退火组织碳化物级别的界定。需要结合我国轴承企业发展现状并参照国际先进标准,适当修订相关标准。

Si对铸态高碳铬轴承钢中渗碳体类型转变的影响机理

利用真空感应炉制备了四种不同Si(质量分数/%:0.29、0.42、0.71、1.50)的铸态高碳铬轴承钢,并采取非水溶液电解法萃取钢中碳化物。通过扫描电镜观察钢中碳化物的二维和三维形貌,采用X-射线衍射仪(XRD)对不同Si含量下碳化物的类型进行探究,并结合热力学和第一性原理计算明确Si含量影响渗碳体类型的本质机理。研究结果表明,不同Si含量的高碳铬轴承钢中都存在两种类型的碳化物,分别是片层状渗碳体((Fe_(1-X)Mn_(X))_(3)C)和晶界碳化物M23C6。随着w[Si]从0.29%增加到1.50%,M23C6晶界碳化物由连续粗大的棒状结构变为断续细小的点状结构,说明Si含量的增加对晶界碳化物的析出具有抑制效果。而Si含量的增加,降低了Mn在(Fe_(1-X)Mn_(X))_(3)C渗碳体中的占比,渗碳体类型的转变趋势为Fe_(1.8)Mn_(1.2)C向Fe_(3)Mn0C转变。可能的原因是,渗碳体生成析出过程,Si原子被外排到渗碳体周围形成富Si微区,阻碍基体中的Mn原子向渗碳体扩散,降低了Mn在基体中的活度以及扩散迁移能力,从而降低了Mn在渗碳体中的相对含量。

高碳铬轴承钢的旋转弯曲疲劳性能

采用简支梁旋转弯曲疲劳试验机对SUJ2S1高碳铬轴承钢进行旋转弯曲疲劳性能测试,绘制了材料的疲劳极限升降图、疲劳强度-疲劳寿命曲线和存活率-疲劳强度-疲劳寿命曲线。采用场发射电子显微镜对材料发生疲劳断裂的原因进行分析。结果表明:高碳铬轴承钢的疲劳极限为458 MPa,存活率为90%时的疲劳极限为300 MPa;试验钢表面存在机械加工缺陷和Al_(2)O_(3)夹杂物,最终导致材料发生疲劳断裂现象。

热处理工艺对高碳铬轴承钢组织和性能的影响

研究了不同热处理工艺(淬回火、贝氏体等温淬火、马氏体预淬火后贝氏体淬火和贝氏体变温淬火处理)对典型高碳铬轴承钢GCr15的组织以及硬度、抗拉强度、冲击功和耐磨性等力学性能的影响,对比分析了不同热处理工艺的微观组织和性能的关系;为了更好地分析下贝氏体短时处理和尺寸稳定性,采用膨胀法进行了试验研究;利用XRD分析,研究了不同热处理工艺后残留奥氏体的量。研究表明,与常规淬回火相比,得到贝氏体组织的处理过程可以得到组织和性能的最佳匹配;贝氏体处理后,试样综合性能优于淬回火处理且尺寸稳定性好;马氏体预淬火处理和贝氏体变温处理在提高钢综合性能的同时又能不同程度缩短贝氏体转变时间。

高碳铬轴承钢组织双超细化的研究现状与发展趋势

高端轴承已成为中国高端装备制造业中的“卡脖子”问题。轴承用钢的质量是决定轴承性能、精度、寿命及可靠性的重要基础和保证。轴承钢的发展已经历四代,高碳铬轴承钢始终是使用量最大、适用面最广的轴承关键材料。其在微观组织上追求晶粒和碳化物的双超细化,由晶界碳化物引起的脆化及疲劳破坏是限制其质量进一步提升的瓶颈。目前,传统的组织调控手段存在一些不足,导致轴承钢应用受阻,不足之处主要是未从根本上解决淬火组织中晶界碳化物数量多、尺寸大从而恶化韧性,以及以循环淬火为主的组织超细化手段显著增大热处理变形等问题。本文概述了高性能轴承钢材料的发展现状与趋势,以及组织双超细化的前沿技术;并详细介绍了晶界改质处理和温成形等新技术在高碳铬轴承钢中的应用情况,探讨了组织双超细化技术面临的机遇与挑战。最后指出不仅需要提升轴承钢的冶金质量和研发新型轴承钢材料,还需要对传统轴承钢的组织超细化均匀化、晶界净化调控等进行基础理论研究和技术开发,突破轴承钢、工具钢等过共析钢的共性短板,满足高端轴承国产化需求。

高碳铬轴承钢的成分设计和热处理工艺的研究进展

叙述了高碳铬轴承钢中Mn、Si、Cr、Mo和Al含量及热处理工艺包括马氏体淬火-回火,贝氏体等温淬火、贝氏体-马氏体和马氏体-贝氏体淬火以及纳米贝氏体钢的研究进展。近10年发展的高强度、高塑性和高韧性的纳米贝氏体钢,因其由纳米尺寸的超细贝氏体铁素体板条和板条间富碳的残余奥氏体薄膜组成的特殊组织结构导致其在耐磨和接触疲劳性能方面也具有优越性,该纳米贝氏体轴承钢有良好的应用前景。

高碳铬轴承钢贝氏体等温淬火

综合国内各研究成果 ,对高碳铬轴承钢下贝氏体的力学性能进行了对比分析 ,并对表面残余应力和尺寸涨大的成因进行了探讨 ,阐述了生产中贝氏体淬火工艺的优势和应用。附表 1个 ,参考文献

高碳铬轴承钢超长寿命S-N关系的概率特性

为了对高碳铬轴承钢疲劳S-N(应力-寿命)试验数据做出正确评估,采用广义极大似然法对全部S-N数据和区分裂纹萌生机制下的S-N数据分别进行了拟合,建立了概率S-N曲线模型。结果表明,在区分裂纹萌生机制下,能较好地拟合试验数据和描述S-N曲线形式;在疲劳极限(大约1 200 MPa)以上的部分要选用裂纹萌生于表面的S-N曲线形式,对于疲劳极限以下的要选用裂纹萌生于内部的S-N曲线形式;同时验证了广义极大似然法能较好地测定该材料的概率S-N曲线(由P-S-N曲线、C-S-N曲线和P-C-S-N曲线组成)和表征该材料超长寿命S-N关系的概率特性。

以抗疲劳性能提升为目标的高碳轴承钢质量改善

轴承钢制造企业不仅需要关注自身产品的检验质量,更需要关心产品在下游用户和终端用户的使用质量。疲劳寿命是轴承钢使用性能较为有效的评价指标。兴澄特钢的滚动接触疲劳(RCF)和旋转弯曲疲劳(RBF)试验结果显示,夹杂物是影响高碳轴承钢疲劳失效的主要因素,钢中夹杂物的尺寸增加和偏析引起的夹杂物在中心的偏聚,会加速轴承钢使用的疲劳失效。通过浇铸钢水过热度控制并与轻压下工艺相匹配,可以改善连铸钢中心缺陷,降低因中心缺陷遗传导致的钢材使用疲劳失效概率。通过改变中间包形状优化浇铸过程钢水的流动,减少了钢中对轴承钢疲劳破坏敏感性强的B类和DS类夹杂数量和全氧含量,也减少了夹杂物总数量,有利于提升轴承钢的疲劳寿命。通过改善轴承钢纯净度和成分均匀性提高轴承钢疲劳寿命,仍然是兴澄特钢今后很长时间内的主要工作方向。

2016版高碳铬轴承钢标准解析

2016年修订发布的GB/T 18254—2016《高碳铬轴承钢》较2002版发生了较大变化,对新标准中有较大变化的内容进行介绍,并与旧标准进行分析比较,解释、讨论了重大变化内容的背景和意义。

应用极值分析法推测高碳铬轴承钢中最大夹杂物尺寸

高碳铬轴承钢中最大夹杂物尺寸对其疲劳寿命有重要影响。冶金工艺进步推动钢质洁净度不断提高,采用常规轧材夹杂物检验方法已不能满足轴承钢质量进一步提高的要求。研究并提出了一种轴承钢中夹杂物尺寸的分析方法——极值分析法,在金相试样尺寸及数量、夹杂物观察及尺寸计算、Gumbel分布函数的参数估计等多个方面进行了改进调整,使之实用化。在此基础上,采用该方法推测轴承钢轧材中的最大夹杂物尺寸,并用能谱仪分析了大尺寸夹杂物的元素成分。结果表明:基于Gumbel分布函数的极值分析法可以作为估计轴承钢中最大夹杂物尺寸的一种方法;控制B类粗系和DS类球形夹杂物,降低钢中的钛含量是进一步提高轴承钢产品质量的努力方向。

新版高碳铬不锈轴承钢和渗碳轴承钢标准的解读

2019年修订发布的GB/T 3086—2019《高碳铬不锈轴承钢》和2016年修订发布的GB/T 3203—2016《渗碳轴承钢》与旧标准相比有较大变化。GB/T 3086—2019与2008版相比主要变化有:增加了按钢材最终用途分类,明确了钢丝直径允许偏差,加严了S,Ni含量要求,修改了低倍组织评定标准要求,修改了脱碳层深度要求及共晶碳化物评定方法等。GB/T 3203—2016与1982版相比主要变化有:增加了“规范性引用文件”、“分类和代号”及“订货内容”3章,增加了G23Cr2Ni2Si1Mo牌号及相关技术要求,加严了S,P含量并增加了Al,Ti,Ca,O,H含量要求等。就主要修改内容进行了归纳和解读。

高碳铬轴承钢退火缺陷组织及评级

在充分理解和领会标准评定原则的基础上,结合实际工作经验,对因原材料、热处理工艺及生产设备等因素造成的退火缺陷组织的检验及评级问题进行了深入的探讨,并对长期以来极容易引起争议的退火缺陷组织的识别及级别评定提出了建议。

氧气顶吹转炉-LF+VD流程生产高碳铬轴承钢的工艺实践

石钢采用60t氧气顶吹转炉-LF+VD-CC流程生产高碳铬轴承钢。602炉次至2449炉次的统计数据表明,转炉冶炼时采用高拉碳操作,平均终点碳为0.15%、[P]0.012%、[S]0.034%。LF+VD精炼后,钢中平均氧含量为9.4×10^(-6),Ti含量为52×10^(-6),但存在钛、氧含量波动较大,需进一步改善工艺和操作。

连铸高碳铬轴承钢的脱氧工艺探讨

采用２０ｔＥＡＦ初炼、２５ｔＬＦ精炼、小方坯连铸工艺生产高碳铬轴承钢。初炼炉内使用硅铝沉淀脱氧，精炼炉内电弧加热并进行覆盖渣下非真空条件吹氩搅拌，使钢的平均氧含量低于１８×１０－６，点状出现率为１０％，最高点状等级为３级，３级以上出现率为１．２％。在３０～１０ｋＰａ真空度下继续精炼３０ｍｉｎ，使成品钢的ΣＯ低于１３×１０－６，显微夹杂物等级达到国内外较先进水平。