轴承钢丝的现状与发展.ppt

轴承钢丝的现状与发展,徐 效 谦,金属制品信息网建网30周年记念座谈会,苏州2004年11月,轴承钢丝的用途,轴承钢丝主要用于制造轴承滚动体，包括滚珠、滚柱、滚针和圆锥滚子等 在轴承工业协会注册的钢球生产企业有102家，滚柱和滚针生产企业35家。 年用轴承钢丝500吨以上企业有26家，这26家钢丝总用量已达5.5万吨。 轴承钢丝的年消耗量为12万吨左右。 轴承行业产量一直以年6%的速度递增,近1/3的产量用于出口。,轴承钢的基本性能,滚动体工作特性： 1.高精度，低噪音，长寿命。 2.滚动体与套圈之间呈点接触, 接触应力有时高达5000MPa。 3.交变载荷循环次数可高达每分钟数万次。 4.滚动体承受交变应力 、不规则的冲击力 、滚动和滑动摩擦力、润滑剂和环境介质的腐蚀。 5.接触疲劳破坏占第一位，其次是摩擦损坏 。,对轴承钢丝的要求： 1.高的弹性极限与良好的稳定性。 2.高硬度、高耐磨性能。 3.高的接触疲劳强度。 4.适当的韧性。 5.一定的耐蚀性能。 6.良好的工艺性能。 7.耐高温，耐冲击，无磁性等特殊要求,轴承钢的分类、牌号和用途,高碳铬轴承钢 :GCr15 、GCr4、GCr15SiMn、GCr15SiMo和 GCr18Mo。 中碳铬轴承钢：G8Cr15 、60CrMnMo、55SiMoV 。 渗碳轴承钢 :20CrMoA、20Cr2Ni4、20CrNi2Mo。 不锈轴承钢 :4Cr13、6Cr13Mo、9Cr18(Mo)、440C(11Cr17Mo)、 440B(8Cr17Mo) 高温轴承钢 :Cr4Mo4V 、Cr14Mo4V 、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V 。 无磁轴承钢 :Cr23Ni28Mo5Ti3A1V、70Mn18Cr4V2。,GCr15-百年不变的牌号,各国高碳铬轴承钢的化学成分,通用轴承钢冶炼技术的进步,降低O含量是近百年来轴承钢冶炼技术进步的动力。 我国2000年颁布的轴承钢标准正式将O15ppm列入考核项目。 低熔点金属铅、锡、砷、锑等影响轴承钢热加工性能，降低轴承硬度和寿命。 轴承钢的疲劳寿命与钢中非金属夹杂的含量、构成和形态密切相关。 四类夹杂中对疲劳寿命危害最大的是D类点状不变形夹杂和B类的Al2O3，其次是氮化物和半塑性C类硅酸盐。,国内外轴承钢非金属夹杂合格级别, 钢中的非金属夹杂主要来自内生的氧化物和硫化物，降低钢中氧含量是降低夹杂总量的最有效的途径。SKF和山阳公司轴承钢氧含量逐年下降，轴承寿命成10倍，甚至成30倍的提高。 改进冶炼工艺、强化精炼、调整渣系、真空处理、电磁搅拌促使氧化物上浮、合理使用脱氧剂、改进浇铸方法和工艺等均能改善夹杂的成分、形态和分布，也是提高轴承寿命的重要措施。,显微组织和碳化物不均匀性, GCrl5淬火组织为板条和片状马氏体混合组织。板条状马氏体具有良好的强度和韧性，增加板条状马氏体数量，细化马氏体组织，有利于提高钢的疲劳寿命。要细化马氏体组织必须严格控制钢材中碳化物数量、尺寸和分布，一句话必须改善碳化物的不均度。 碳化物颗粒度： GCrL5属于过共析钢，淬火后要获得良好组织，原始组织应为铁素体基体上均匀分布着细小颗粒状碳化物。一般认为碳化物平均直径0.4-0.6m较好。 碳化物液析 ：液析碳化物是钢水凝固时形成的共晶碳化物，该种碳化物呈不规则块状，硬度高、脆性大，对线材冷加工性能、淬火性能和疲劳性能均有很坏的影响，应严格限制。标准规定液析碳化物应0.5级。 带状碳化物 ：带状碳化物是由枝晶偏析引起的，热加工时枝晶偏析区被拉长，富铬碳的偏析区析出较多的碳化物，沿轧制方向呈带状分布。带状碳化物较重的钢球化退火时很难获得细粒状珠光体组织 ，带状碳化物从0.5级提高到1.5-2.0级，轴承寿命降低三分之一。标准规定带状碳化物应2.0级。 网状碳化物 ：网状碳化物是线材热轧后沿奥氏体晶界析出的二次碳化物，球化退火后会引起碳化物颗粒不均匀分布，淬火时也不能完全消除。改善网状碳化物，可采用将钢中铬和碳控制在下限，硅和锰控制在下限，降低终轧温度，轧后在850-700区间快冷等方法。,轴承钢精炼技术,日本山阳：高功率电炉初炼（90150t）偏心炉底出钢LF(电加热、吹氩搅拌) RH处理（真空0.5t）全密封连铸成坯初轧 瑞典SKF：高功率电炉初炼（100t）炉底出钢LFV钢包炉精炼（具有电磁搅拌，底部吹氩和真空脱氧功能）气体保护浇铸成4.2t钢锭红送初轧均热炉。 大连金牛：高功率电炉初炼（50-80t）偏心炉底出钢LF炉精炼(吹氩搅拌)VD或RH脱气3.3t锭模铸红送初轧均热炉。,轴承钢线材生产流程,涡流探伤 钢坯步进炉加热高压水除磷 控制轧制 激光测径 控制冷却球化退火成品线材,轴 承 钢 丝,轴承钢丝主要用于制作轴承滚动体，由于轴承滚动体品种多，基本采用英制规格，热轧线材规格有限，尺寸精度低，无法满足滚动体要求。冷拉钢丝尺寸精度高，规格变换极其方便，内部组织的均匀性比热轧线材有根本性的改善，所以各类滚动体几乎全采用冷拉钢丝作为原料。,高碳铬轴承钢丝标准,通用轴承钢丝现行标准是GB/T185792001高碳铬轴承钢丝。标准规定钢丝有5种交货状态，各种交货状态的代号如下： 退火：TA 磨光：SP 轻拉：WLCD 冷拉：WCD 磷化轻拉：STPWLCD,轴承钢丝生产工艺流程,热轧线材球化退火表面处理 拉丝成品退火 半成品处理 检验包装,轴承钢丝的热处理,轴承钢的热处理分为球化退火，半成品退火和成品退火三种。 球化退火：球化退火的目的是获得细粒状珠光体 。 半成品退火：半成品退火的目的是消除钢丝冷加工硬化，恢复钢丝的塑性，以便继续拉拔。 成品退火：成品退火的目的是保证钢丝的力学性能，抗拉强度或硬度达到标准要求。,轴承钢丝表面处理,去除氧化皮 酸洗去除氧化皮 弯曲去除氧化皮 抛丸去除氧化皮 表面涂层 黄化+石灰涂层 硼砂涂层 磷化+皂化涂层,轴承钢丝的拉拔,目前国内企业生产退火状态交货轴承钢丝时，大规格钢丝成品减面率选定在25%，中小规格减面率选定在32%范围内，一般拉拔2个道次出成品，根据成品尺寸确定盘条尺寸。 退火状态交货轴承钢丝拉拔工艺如下表：,轴承钢丝冷拉强化,轴承钢丝冷拉强化公式 :Rm=Ro+KQ Rm冷拔后钢丝抗拉强度（Mpa） Ro冷拔前钢丝抗拉强度（Mpa） Q 冷拔减面率（%） K 冷拔强化系数 GCr15：K=7.7 抗拉强度与硬度换算:Rm =3.42HB,轴承钢丝常见缺陷,显微组织不合：组织4级，俗称“过热组织”，主要是球化退火温度偏高造成的 脱碳：无保护气氛热处理时脱碳和氧化是同时发生，当碳扩散速度大于氧化速度时，就发生脱碳。 抗拉强度或硬度不合：轴承钢丝抗拉强度或硬度与显微组织状态密切相关，抗拉强度或硬度偏高的钢丝往往显微组织级别偏低。 拉拔脆断：轴承钢丝拉拔脆断的原因主要有组织异常 、酸洗“氢脆” 、表面横纹 。 表面质量不合：表面“裂纹”是长期以来困扰钢丝生产的首要质量问题 ，轴承钢丝表面“裂纹”实际上是表面质量问题的通称，包含表面折迭、裂纹、划伤三种缺陷。,不 锈 轴 承 钢 丝,不锈轴承钢丝现行标准为YB/T096-1997，化学成分如下表： 9Cr18（Mo）不锈轴承钢丝通过球化退火来软化 ,球化温度为850870，保温后以20-40/h速度冷至650以下出炉空冷 .半成品退火温度为700780 ,成品退火温度为650750。 9Cr18 （Mo）的碱浸和酸洗工艺与一般马氏体钢相同 ，但酸洗时“氢脆”严重，必须进行充分烘烤 ，才能恢复塑性。涂层方法同不锈钢丝。 9Cr18 （Mo）属莱氏体钢，拉拔塑性较差，盘条第一次拉拔减面率在20%左右，经两次退火后可拉拔两个道次以上，减面率在3550%之间。,高 温 轴 承 钢 丝,高温轴承钢丝 Cr4Mo4V(M50)是综合性能较好的高温轴承钢，在高温下具有高的硬度和疲劳性能，可在315条件下长期工作，短时用到430。 Cr4Mo4V的现行标准是YB/T688-1976，化学成分为0.8%C、4%Cr、4%Mo、1%V；成品钢丝检验项目包括：化学成分、断口、非金属夹杂物（氧化物1级、硫化物0.5级、点状1级）、HB255、碳化物不均匀度2级、珠光体组织25级、低倍和表面质量。 Cr4Mo4V高温轴承钢丝的生产工艺特点可概括为：轴承钢丝的热处理工艺，不锈钢丝的表面处理技术，高速工具钢丝的拉拔程序。在生产过程中随拉拔+热处理循环次数的增加，钢丝硬度（强度）呈下降趋势，为保证成品硬度达标，通常选择尺寸较大的线材，经两个道次以上的循环再出成品。,轴承钢丝生产新设备,气体保护强对流罩式退火炉 : 1.加热罩 2.炉台总成 3.内罩 4.冷却罩 5.阀站,保 护 气 体 的 应 用,气体保护强对流罩式退火炉，可以根据资源和材料要求选用不同类型的保护气体，如纯氢，氨分解气（N2+3H2）,氮+氢（3-4%）和氮+甲醇裂解气等。在资源条件允许条件下，应尽可能选用氢气作为保护气体，因为氢气分子小，渗透性强，排绕密集的细钢丝在氢气中退火，从里到外光亮如新，绝无粘结现象。氢气导热率高（见图11-15），传热快，能大幅度缩短热处理周期。,盘卷抛丸清理机,4. 弹丸处理系统 5.除尘器 2.芯轴 3.抛丸器,1。抛丸室,联 合 拉 拔 机 组,轴承行业生产大规格滚动体时，希望选用尺寸精度较高的冷拉直条钢丝，采用传统的拉丝机与矫直机配合生产的直条钢丝，工艺流程长，直条表面的矫直螺旋纹或压疤也很难消除，此时联合拉拔机组就成为理想设备。 联合拉拔机组是多种设备的组合，使用者根据产品质量档次不同，可以选择不同档次的组合件，设备价格差距很大。联合拉拔机最基本组件有轧尖机，拉拔机，矫直机和切断机。可供选配的组件有：开卷机、车头机、压力推头机、单线抛丸机、涂层干燥装置、精矫机、压光机、盘卷机、探伤装置、倒棱机、自动分选机等。,联合拉拔机组的部件及其功能(A),制造联合拉拔机组的著名企业有德国的舒马克（Schumag）、意大利的达涅利（Danieli），日本的宫崎以及中国的上海新亚冶金设备公司等。 可翻转放线盘：有两个工位，一个盘处于工作状态时，另一盘可翻转装线材。 开卷机械手：装在一个旋转臂上，可将线材头部矫直抻开。 横向移动喂料机：负责将抻开的线材送进矫直机。 轧尖机：将线材头部轧细或车细，便于穿模。 卧式破鳞矫直机：预矫直，除鳞。 立式预矫直机：提高线材直度。 机械除鳞机：一般选用单线抛丸机除鳞。 压力推头机：将大规格线材（12mm）对着模具施加推力，挤出细头，便于 拉拔机夹头拉拔。线材较细时刚性不够，只能轧尖或车头。 拉拔机：使用双凸轮液压夹紧装置，能精确控制夹制力，磨损少、操作可靠、维修 方便、拉拔速度高。带有模具自动调整和承受推头的装置。 立辊矫直机：不同型号矫直机有7、9或11个矫直辊,联合拉拔机组的部件及其功能(B),表面无损探伤仪：带有数字显示器，能连续和自动显示表面质量数据，并能人为界定过程缺陷数值，保证成品符合要求。 卧式矫直机：不同型号矫直机有7、9或11个矫直辊。 飞剪：快速切断。 盘卷机：实现从盘卷到盘卷拉拔，或为第二次拉拔备料。 多管消音导向装置：根据成品规格选用不同规格的导管，将直条钢丝导向矫直压光机。 2辊矫直压光机：精矫直、压光。 双向分选台：承接直条钢丝，并按探伤结果进行分选。 齐面倒棱机：对合格钢丝端面进行倒棱和平整处理。 成品台架：收集成品。 自动称重料框。 废品收集台架。 联合拉拔机组大都采用硬质合金模具，选用油性润滑剂拉拔，其润滑效果远不如干式拉拔，道次减面率般不超过25% ，拉拔速度仅为干式拉拔的一半，但油拉钢丝不需要涂层，成品经压光处理后表面光亮照人，是干式拉拔无法比拟的。,倒立式拉丝机,倒立式拉丝机,倒立式拉丝机,高速冷镦机希望使用大盘重轴承钢丝，立式或卧式拉丝机收线盘重有限 ，象鼻子收线机只适用直径小于6mm钢丝，工字轮收线也不能适应轴承行业要求，倒立式收线几乎是生产大盘重轴承钢丝的唯一选择。,轴承钢丝生产技术发展动向,高速冷镦用轴承钢丝 滚动体几乎全部采用冷镦成形，老式镦球机的镦球速度在60120粒/分 ，高速冷镦机生产大球的镦球速度已达400粒/分，小球(9mm)的镦球速度高达700粒/分 。 高速冷镦成形金属变形抗力增大，工件与模具的摩擦阻力也大幅度提高，往往造成工件裂纹和擦伤几率增大，模具寿命急剧降低，解决问题的途径有三条：改善工件冷镦性能，提高模具硬度和韧性以及改善工件与模具之间的润滑状况。 高速冷镦机用轴承钢丝作为工件材料必须具有更好的冷镦性能和良好的表面润滑涂层。从高速冷镦机操作角度考虑，钢丝进冷镦机前先通过一个定位模，要保证送丝顺畅，无跳动，钢丝尺寸精度要高，不得有死弯。要减少穿线和调整时间，提高冷镦机工作效率，希望钢丝盘重适当加大。为此轴承钢丝生产企业开发了高速冷镦机用大盘重磷化+轻拉状态交货的轴承钢丝。,控轧控冷轴承钢线材的应用,控轧控温线材具有良好的强韧性， GCr15线材主要性能指标对比如下表 ： 控轧控冷KBGCr15线材可以给钢丝生产企业带来以下好处： 氧化减轻，可以缩短酸洗时间，避免酸洗麻点。 脱碳层进一步减小，只要热处理工艺得当，几乎没有脱碳废品。 保证成品钢丝网状碳化物全部小于1级。 线材原始组织为索氏体细片状珠光体，容易球化，球化退火时保温时间可缩短1/3。以装炉量8吨左右台车炉为例，球化热处理周期从20小时缩短到16.5小时。 线材断面收缩率20%，具有一定的塑性，可以直接拉拔，此特性对轻拉状态交货的钢丝特别有利。,轴承钢丝生产线(A),轴承钢丝基本以退火和轻拉状态交货，不需要用多道次拉拔来提高强度；实际使用规格偏大（3.0mm）；希望以大盘重交货。这些使用特点决定了轴承钢丝生产线与其它特殊钢丝生产线有很大的不同，建立轴承钢丝专业生产线大有必要，下面介绍一条现代化的专业生产线概况。 产 品 纲 领 产品：轴承钢丝 产量：10000t / 年 规格：直径3.019.0mm 品种：盘卷钢丝 4.0 最大单重1.5t / 卷 4.0 最大单重1.0t / 卷 直条钢丝：长度38米/根 交货状态：退火状态 退火+磷化+皂化状态 轻拉状态 磷化+皂化+轻拉状态,轴承钢丝生产线(B),设 备 配 置 1.热处理 气体保护强对流罩式退火炉。以高纯氮气和甲醇裂解气作为保护气体，既可实现无氧化退火，又可最大限度的减缓脱碳。 2.表面处理 盘卷抛丸清理机和弯曲+钢丝刷擦拭清理机。 6.0mm线材整卷抛丸去除氧化铁皮。 6.0mm线材单根展开，弯曲+钢丝刷擦拭去除氧化铁皮。 磷化+皂化涂层线和硼砂涂层线。 钢丝离线整卷涂层、干燥。 3.拉丝 LLJZ10联合拉拔机组：进线max 25mm，出线 min 10.0mm，收线速度 060米/分，直条长度38米/根。 GUY1000TW倒立式拉丝机：进线max 22.0mm，出线 min 12.0mm，收线速度 2538米/分，收线单重1.5t。（台湾产）,轴承钢丝生产线(C),LDD1/900倒立式拉丝机：进线max 14.0mm，出线 min 6.0mm，收线速度 80100米/分，收线单重1.5t。 LZ2/700+LDD1/850直进式连续拉丝机：进线max 9.0mm，出线 min 3.5mm，收线速度100150米/分，收线单重1.5t。 LZ1/700+LDD1/600直进式连续拉丝机：进线max 8.0mm，出线 min 3.0mm，收线速度120160米/分，收线单重1.0t。 LDD1/600倒立式拉丝机：进线max 8.0mm，出线 min 3.0mm，收线速度120160 米/分，收线单重1.0t。 压尖机和液压切断剪等辅机。 退火状态交货轴承钢丝一般经23道次拉拔出成品，轻拉状态交货只经一道次拉拔，所以拉