国内外轴承钢冶炼技术的发展

2018-07-02  来自: 洛阳易特轴承有限公司 浏览次数:457

   国际上滚动轴承材料的冶炼技术水平,在20世纪六七十年代以前,日本轴承钢的冶炼技术与我国不相上下,瑞典、德国、美国和苏联的轴承生产水平及轴承钢的冶炼质量代表着当时的世界先进水平。自20世纪80年代后,无论是轴承钢的产量、质量,还是从技术水平以及钢材在国际市场中的占有量,轴承钢的生产技术有了很大的突破,其中日本都处于世界水平。

    高碳铬轴承钢自1905年由德国用于滚动轴承制造后,仅15年间就被世界各国轴承制造上广泛采用,且一直是世界轴承工业中用量最大的主要材料。在超过百年的发展中,高碳铬轴阅的化学成分没有发生太大变化,但其冶炼质量在近30年来却取得了长足的进步,主要表现在精炼技术、真空脱气技术的发展,使轴承钢的纯洁度大幅度提高,轴承的寿命也有了显著增长。

    高碳铬轴承钢的质量提高最有效的方法是降低钢中Ti和O的含量,减少非金属夹杂物含量,控制氧化物系夹杂物的大小或组成,提高钢的纯洁度,从而提高轴承的使用寿命和可靠性。

有研究表明:寿命随氧含量及夹杂物的减少而增加。通过钢包精炼、真空脱气、改善制钢条件来降低非金属夹杂物等杂质和氧含量,可提高钢的洁净度和疲劳寿命。国外钢中的氧含量由20世纪60年代的30x10-6降低到80年代的10x10-6以下,目前最低已达到5x10-6以下。与之对应,轴承寿命也提高了20—30倍。

    近年,日本在提高钢的冶炼质量方面处于世界水平。在大量试验的基础上,采用先进的炼钢工艺和设备,开发了长寿命钢(Z钢)、超长寿命钢(EP钢)及氧含量和非金属夹杂物大大减少的高精炼钢HRS(highrefiningsteel),用这些钢制造的轴承寿命为标准钢制轴承的3倍。

近年的研究还发现:即使钢中的氧含量降至10x10-6以下,甚至是6x10-6以下,其疲劳输仍具有分散性,即少数轴承的寿命仍很低,影响了轴承的可靠性。其原因是尽管钢中的整体氧含量很低、非金属夹杂物的总量很少,但仍存在极少量的大尺寸非金属夹杂物,在一定条件下导致了轴承的早期疲劳剥落。为此,最近日本采用了一些新的夹杂物评定极限控制方法,如极限限法统计和NSK—ISD法等。采用这些评估方法可以改善炼钢工艺和条件,以减少非金属夹杂物的数量和尺寸,控制夹杂物的尺寸和分布,尤其是控制大尺寸夹杂物的数量。如在采用NSK—ISD法评定夹杂物试验的基础上生产出的EP钢,氧含量为5x10-6左右,夹杂物尺寸及分布均匀,寿命长(L10为Z钢的5倍以上),寿命分散性大大减小,可靠性大大提高。

    除非金属夹杂物外,粗大的碳化物同样也是疲劳剥落的优先源区,尤其是在高纯度钢中,其对寿命和可靠性的影响更加突出。因此,国外公司在炼钢时采用了多种措施来改善碳化物的分布,如浇注时采用电磁搅拌、采用大尺寸的连铸、采用高温长时间均匀化正火等。此外,结合锻造,采用等温球化退火也可进一步细化、均匀碳化物。

    与工业发达国家相比,我国轴承钢的氧含量虽然已接近国外先进水平(15x10-6),但夹杂物和碳化物尺寸及分布的均匀性、成分均匀性与国外相比还有很大差距,如大尺寸的夹杂物和碳化物较多、基体成分不均匀形成的黑白区等,造成轴承零件的先天不足,严重影响了轴承的寿命、可靠性及一致性。而且,滚动接触面上大尺寸夹杂物的存在还严重降低了表面精度,增大了轴承的噪声。为此,我国冶金行业还需在进一步降低氧含量的基础上,开展浇注凝固技术、轧制技术、夹杂物控制及检测技术的研究,如改进连铸时的电磁搅拌、加大铸坯的尺寸、加强高温扩散退火等,以提高夹杂物和碳化物尺寸及分布的均匀性。轴承用钢今后的发展方向是:进一步提高材料的洁净度和均匀性,改善碳化物及夹杂物的分布。 


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