轴承钢 SUJ2 mmk

轴承钢近年来，随着国内外航空航天技术的飞速发展，轴承逐渐面临着高温，高转速，高腐蚀性等苛刻工作环境的考验，对轴承用材料各方面性能的要求也越来越高，尤其是要求轴承在特殊工作条件下必须拥有较高的强度和良好的韧性。具有良好强度和韧性匹配的轴承钢，一般是通过优化合金元素和一系列热处理制度处理后获得超细马氏体板条，沉淀析出相和残余奥氏体来达到钢强韧化的要求。
本项目所选的试验材料为一种耐高温轴承钢，它是采用低碳马氏体和二次硬化机理所设计的，具有较高的抗拉强度，断裂韧性和耐腐蚀性能以及一定的耐热性能。试验主要研究回火时间对试验钢微观组织和力学性能的影响规律，为选择合适的热处理工艺提供依据。

轴承钢本试验所用的高温轴承钢的主要化学成分(质量分数，%)为0.18C，16.0Cr，12.8Co，4.8Mo，2.4Ni，余量Fe。钢锭经过真空感应熔炼(VIM)和真空自耗重熔(VAR)熔炼后进行锻造，在1100℃下锻造成Φ100mm的棒料，锻造时保证终锻温度在900℃以上。沿棒料纵向切取试样，将试验钢在1060℃下固溶1h，迅速放入机油中淬火至室温后，装入冷柜进行-82℃冷处理2h，随后进行500℃高温回火处理2h。回火完成后重复上述冷处理和高温回火处理各1次，以稳定试验钢的组织性能。根据高温轴承的使用要求，设计回火时间分别为2，5，10，20，50和100h。室温力学性能测试采用Φ5mm圆棒拉伸标准试样，根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》标准在WDT-10电子拉伸试验机上进行。室温冲击测试根据GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》在JBN-300B型冲击试验机上进行。

采用TME公司的TH300型洛氏硬度计在载荷砝码为150kg时进行硬度测试，试验值误差为±2HRC，每个试样打4点，取4点的平均值作为有效硬度值。采用OlympusGX51图像分析仪进行显微组织观察。
试验结果表明：随回火时间的延长，高温轴承钢的强度和硬度逐渐增加，而钢的塑性和冲击性能逐渐降低。回火时间的延长促进了试验钢中第二相的析出和长大，由于第二相的析出强化，使得钢的强度和硬度提高。冲击断口韧窝中析出相的数量随回火时间的延长逐渐增加，且尺寸有所增大，冲击断口中典型韧窝形貌逐渐减少，断裂机制逐步由韧性撕裂向解离断裂转变。试验钢经500℃×100h长时间回火后有少量μ相析出，μ相的析出使钢的塑性降低。

高质量的轴承钢要求高的纯净度和组织均匀，即杂质元素和非金属夹杂少，碳化物细小且分布均匀。精炼渣具有脱氧，脱硫，去夹杂的作用，其性质直接影响LF精炼过程的冶金效果。当碱性还原渣同钢液密切接触时，钢液中实际的氧，硫的数值大于同渣平衡的氧，硫的数值，使钢液中的氧和硫向渣中扩散；精炼渣中CaO，Al2O3等成分能够与Si，Al，Mn等的脱氧产物结合成低熔点的化合物，从而降低脱氧产物的活度，强化脱氧反应；由于精炼渣均由氧化物组成，氧化物之间的界面张力小，易于结合成低熔点化合物，而钢液与脱氧产物间的界面张力大于渣和脱氧产物之间的界面张力，精炼渣可以吸收脱氧产物，使脱氧产物容易从钢液中排除。此外，精炼渣融化后形成泡沫渣，渣层覆盖钢液，可有效防止气体吸入，且有利于埋弧操作，减轻电弧对钢包内衬和钢包盖的损害，提高热效率。因此，研究精炼渣成分变化及其对钢洁净度的影响，对LF精炼作用的充分发挥具有重要意义。

轴承钢主要向高洁净度和性能多样化两个方向发展。提高轴承钢的洁净度，特别是降低钢中的氧含量，可以明显延长轴承的寿命。氧含量由28ppm降低到5ppm，疲劳寿命可以延长1个数量级。为了延长轴承钢的寿命，人们多年来一直致力于开发应用精炼技术来降低钢中的氧含量。通过不懈的努力，轴承钢中的**氧含量已从20世纪60年代的28ppm降低到90年代的5ppm。目前，我国可以将轴承钢中的**氧含量控制在10ppm左右。轴承使用环境的变化要求轴承钢必须具备性能的多样化。如设备转速的提高，需要准高温用(200℃以下)轴承钢(通常采用在SUJ2钢的基础上提高Si含量，添加V和Nb的方法来达到抗软化和稳定尺寸的目的)；腐蚀应用场合，需要开发不锈轴承钢；为了简化工艺，应该开发高频淬火轴承钢和短时渗碳轴承钢；为了满足航空航天的需要，应开发高温轴承钢。

轴承钢随钢棒线材是上海五钢公司银亮钢厂的主要产品，一般都是以退火状态交货。企业标准要求棒材交货硬度为179-207HB，线材抗拉强度为590-710MPa。随着高速冷镦机在滚动体行业的不断推广应用，对轴承钢的交货条件提出了新的要求。轻拉轴随钢表面形成的轻微硬化层，可保证下料时不出现粘连，从而更好的满足高速冷墩的需要，因此许多用户都提出了轴承钢棒线材轻拉交货的要求。一般￠9mm以上规格要求以棒材形式交货，轻拉后的硬度大多要求控制在240HB以下；￠9mm以下规格要求以盘条形式交货。

轴承钢在生产过程中，由于盘条坯料规格偏大，而成品可以小到￠2mm以下，需要多道次的拉拔和再结晶退火后，*终再轻拉至成品。原先的轴承钢冷拉盘条再结晶退火是在井式炉，罩式炉或抽底式煤气炉中进行，盘卷直径一般为0.5m，0.6m，装炉量为1-4t。根据热处理设备特点及退火盘条的规格和变形量，分别使用9套从610-740℃的不同热处理工艺。由于盘条的合同订货量一般较少，在强对流炉再结晶退火时经常进行冷拉盘条的拼炉处理，因此，再结晶退火工艺制定很重要。采用适当的再结晶退火工艺，使不同状态的盘条退火后均能获得比较一致的性能，以便于用户根据强度要求计算出相应的变形量，进而有效控制拉拔后成品盘条的强度值。经过试验，*终选定轴承钢盘条在强对流罩式炉再结晶退火工艺(工艺三)：加热到(780±5)℃后保温4-7h，带冷却罩冷却到140℃或以下温度出炉。不同变形量拉拔的各种规格盘条，退火后的强度为610-660MPa，平均值为640MPa，为选择*终的冷拉变形量提供了理想的条件。

轴承钢采用原有轻拉工艺生产时棒材球化退火在连续炉中进行，由于炉内主要的传热方式是辐射，炉温波动为±10℃，退火时间一般为16-19h。盘条强对流炉球化退火时采用辐射加热方法，并通过采用功率为55kW的基座环流风机(1500r/min)进行强制对流，炉温温差达到±5℃，且有效的退火时间约为20h，均温时间相对较长，因此退火后硬度较低，偏差也较小，对于以后轻拉硬度的控制更有利。
新工艺对于轻拉材的坯料选择余地放宽了，成品的表面质量也可以得到更好的保证。如生产￠9mm的轻拉棒材，可用￠10mm盘条坯料经强对流炉球化退火后进行连续拉拔而成，变形量为19%左右，表面质量也比较好，可以满足硬度小于240HB的要求。如果选用￠10mm棒材坯料经连续炉球化退火，则轻拉后硬度超标的几率很高，而选用￠9.5mm的热轧棒材坯料，则其表面缺陷通过小变形量拉拔后又难以完全消除，生产难度相当大。

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