解析滚动轴承钢的热加工特点及轴承钢原材料的用途

由于滚动轴承钢的含碳量较高，其主加元素是碳化物形成元素Cr，在浇注凝固和热加工过程中会出现液析碳化物、带状碳化物和网状碳化物等三种不均匀碳化物。这些碳化物能严重影响轴承件的使用性能。

液析碳化物是指钢液凝固时直接形成的不正常的碳化物组织。它是由于碳和合金元素的偏析，在最后凝固的部位从富集碳与合金元素的熔点较低的液相中结晶形成。在铸造状态下，液析碳化物呈块状、尺寸较大，经热加工后，碳化物沿钢件伸长方向延伸，呈连续或断续的条状排列，由于液析碳化物的存在，使零件经淬火时易产生裂纹，液析碳化物与基体的结合力较弱，容易剥落，它若暴露在轴承件表面，是导致早期疲劳破坏的原因之一。

带状碳化物是指碳化物呈颗位状沿钢的热加工方向延伸成密集的带状排列，当钢液按树枝状方式结晶时，由于枝晶偏析而使晶轴之间的合金碳化物较多。热加工时，如果溶于奥氏体的碳与合金元素未扩散均匀，枝晶沿加工方向伸长后，碳化物就呈现带状排列。具有带状成化物的钢，其纵向和横向性能差别较大，且淬火后硬度不均，也是导致轴承件使用时产生硕劳破坏的原因。

轴承钢原材料性能用途如以下所介绍：轴承钢主要用于制造转动轴承的转动体和套圈。由于轴承应具备长寿命、高精度、低发热量、高速性、高刚性、低噪音、高耐磨性等特性，因此要求轴承钢应具备：高硬度、均匀硬度、高弹性极限、高接触疲惫强度、必须的韧性、一定的淬透性、在大气的润滑剂中的耐腐蚀性能。为了达到上述性能要求，对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和类型、碳化物粒度和分布、脱碳等要求严格。

轴承钢总体上向高质量、高性能和多品种方向发展。轴承用钢按特性及应用环境划分为：高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢及专用的特种轴承材料。至上轴承钢物理性能：轴承钢的物理性能主要以检查显微组织、脱碳层、非金属夹杂物、低倍组织为主。一般情况下均以热轧退火、冷拉退火交货。交货状态应在合同中注明。钢材的低倍组织必须无缩孔、皮下气泡、白点及显微孔隙。中心疏松、一般疏松不得超过1.5级，偏析不得超过2级。钢材的退火组织应为均匀分布的细粒状珠光体。脱碳层深度、非金属夹杂物和碳化物不均匀度应符合相应有关国家标准规定。至上厂家轴承钢用途：除做滚珠、轴承套圈等外，用于制造铁路车辆等重要型机械的大型轴承 ，有时也用来制造工具，如冲模、量具、丝锥等。 性能及应用： 新型高淬透性轴承材料，采用下贝氏体等温淬火热处理工艺，可获得下贝氏体组织和较高的残留奥氏体含量，具有更高的冲击韧度和断裂韧度。

轴承钢生产制造方法：对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷、氢等含量以及非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况，因为非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况对轴承钢的使用寿命影响很大，往往轴承的失效就是在大的夹杂或碳化物周围产生的微裂纹扩展而成。夹杂物的含量和钢中氧含量密切相关，氧含量越高，夹杂物数量就越多，寿命就越短。夹杂物和碳化物粒径越大、分布越不均匀，使用寿命也越短，而它们的大小、分布状况与使用的冶炼工艺和冶炼质量密切相关，现在生产轴承钢的主要工艺是连铸以及电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼，还有少量采用真空感应+真空自耗的双真空或+多次真空自耗等工艺来提高轴承钢的质量。轴承的接触疲惫寿命对钢组织的均匀性非常敏感。进步洁净度(减少钢中的杂质元素和夹杂物含量)，促使钢中的非金属夹杂物和碳化物细小均匀分布，可以进步轴承钢的接触疲惫寿命。

轴承钢使用状态下的组织应是回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒，这样的组织可以赋予轴承钢所需要的性能。高碳轴承钢中的主要合金元素有碳、铬、硅、锰、钒等。在热处理方面，在进步球化退火质量，获得细小、均匀、球形的碳化物以及缩短退火时间或取消球化退火工序的研究方面有了进展，即盘条生产采用两次组织退火，将拉拔后的720℃～730℃再结晶退火改为760℃的组织退火。这样可以得到硬度低、球化好、无网状碳化物的组织，关键要保证中间拉拔减面率≥14%。该工艺使热处理炉的效率进步25%～30%。连续式球化退火热处理技术是轴承钢热处理的发展方向。 

网状碳化物是铬轴承钢在热加工后冷却过程中，碳化物沿晶界呈连续或断续网状分布。一般来说，热加工终了温度越高，随后冷却越缓慢时，网状碳化物越严重。网状碳化物削弱了金属间的结合力，使钢的冲击韧性下降，脆性增加。

为了减轻或消除滚动轴承钢中破化物不均匀性，除在浇注时选用较小锭型和控制较低的浇注温度外，钢的热加工是重要的一环。钢锭或钢坯在热轧或热锻前，其加热温度约为1200℃(以不引起液析碳化物熔化为限)，并适当延长均热时间，使碳化物充分溶解，将碳与合金元素扩散均匀，可以有效地减轻或消除液析碳化物和带状碳化物。在成材的锻轧过程中，控制较低的终锻、终轧温度，以及锻轧后在700℃左右加快成材的冷却速度，可以减轻网状碳化物生成。对已形成网状碳化物的坯料，可通过正火来消除。

由于滚动轴承钢的含碳量较高，所以不论是成材的热加工亦或随后的热处理过程，都应注意脱碳问题，因为脱碳会降低表面硬度和耐磨性，使轴承件的使用寿命降低。

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