日本特殊钢生产技术进步动向简介（三）
2003-10-16 00:00 来源： 我的钢铁
（三）轴承钢
l%-1.5%Cr轴承钢从欧洲诞生以来已经过1个世纪，在日本是以SUJ2的标准广为应用，但在基本的合金成分未变条件下，作为钢铁材料出现了很大的进步，从内部质量看主要是钢中氧化物夹杂减少而实现了高洁净化，从棒、线材产品看则是通过控制轧制实现了组织控制和尺寸精度提高。
以下从炼钢、连铸，到开坯、棒线成材轧制，制管技术和热处理技术的进展情况简介如下。 （1）炼钢、连铸技术的进步。在降低非金属夹杂方面，众所周知以降低钢中氧残存量最为有效。经过不断改进，随着钢中氧残存量（ppm）的下降，轴承钢的转动疲劳强度呈现提高。不仅氧残存量大幅减少，夹杂物的粒径亦大幅缩小。
为生产含氧量低的高洁净钢，通过精炼、脱气以减少含氧量是必不可少的，从防止钢水的再氧化出发，还必须充分考虑改善耐火材料的质量和在无氧化气氛下铸造。目前普遍采用的工艺为电炉精炼后采取偏心炉底出钢、钢包精炼脱气、RH脱气、连铸电磁搅拌等工艺技术。
快速熔化。它不仅对质量有好处，对提高生产效率亦很重要、.目前的发展方向是采用超高功率大容量电炉以实现快速熔化，如山阳特钢将电炉容量由30t逐步扩大到60t、90t和150t，使每小时钢锭生产量达125t，同时由于快速均匀熔化，轴承钢的质量亦得到提高。
钢包精炼和偏心炉底出钢。采用钢包精炼使通过对渣成分的控制以生成强还原性渣和通过复合多孔渣的气体强搅拌作用，从而促进了渣和金属间的反应，使脱氧、脱硫的钢水精炼容易实施，加上耐火材料技术的进步，来自耐火材料的污染亦得到防止。还有电炉采用偏心炉底出钢后，出钢时可防止氧化渣的混入，可使高洁净钢更加稳定生产。
真空脱气。主流是RH脱气法，由于采用脱气中不被钢水中渣卷入的环流脱气法，且真空度可较易达到0.1托，故非常适合于轴承钢脱氧；
连铸。连铸以由中间包供应洁净钢水为前提，为此连铸时防止再氧化十分重要。现用设有浸入式水口的大容量中间包，在包内充满惰性气体，并对包盖和测温孔密封以防止空气侵入，使包内的氧浓度基本保持零水平，再加上防止耐火材料污染的相关措施，使含氧<5ppm的高洁净轴承钢可批量生产。还有通过对结晶器内钢水的电磁搅拌和凝固末期的压下技术使中心部的偏析得以改善，连应用较晚的滚珠用线材从90年代后期开始亦用连铸坯生产。
总之，由于以下技术，形成了品质和生产效率兼优的轴承钢生产工艺。
（2）超高洁净操作技术。在上述基础上，为了进一步提高轴承钢的质量，1992年开发成功超高洁净轴承钢，其核心技术是对炼钢方法和洁净度评价用的极值统计法。因为钢的强度决定于钢中杂质中的粒径最大者，极值统计法即以预测被检面积中最大夹杂物的粒径以用来表示钢的洁净度指标。为生产这一高洁净钢从过去的要求低氧、稳定进一步发展到减少影响回转疲劳强度的大型氧化物夹杂，并充分综合利用现有的精炼技术和连铸技术以上升到更先进的炼钢法。于是按极值统计法评价的洁净度，按预测的大型夹杂物的粒径仅为过去钢的1/2，波幅在缩小，轴承钢的质量亦进―步提高。为了进一步提高轴承钢的质量，正在研究使用高频超声波的洁净度评价法。
（3）开坯、棒线轧制技术的进步。开坯轧制技术、轴承钢易产生凝固偏析和疏松。为解决疏松问题，除从连铸上采取措施外，还开发成功用连续锻压机压下以改善的方法及在凝固大钢坯开坯前先用四面锻压机和在线压力机进行强压下以改善的方法。
棒、线材轧制技术
（a）控制轧制、控制冷却。特殊钢业于上世纪80―90年代纷纷应用控轧、控冷技术，通过轧制的低温化和轧后冷却速度的控制，以达到相变组织的最佳化和微细化，从而可省略正火和退火热处理及提高力学性能和减薄氧化铁皮层等。对亚共析钢的结构用特别有效的控制轧制，很快亦用于轴承钢的生产。轴承钢在高温轧制后缓冷时，在旧奥氏体晶界渗碳体以网状析出，如原状进行球状退火，很难形成良好的微观组织，为了切断这一网状组织，通常采取正火热处理，为省略这一正火热处理便可应用控制轧制。具体方法为通过低温加热、低温终轧，或者在轧后渗碳体析出温度区快冷，以抑制渗碳体向晶界析出，从而可得到良好的球状退火组织。对于大直径钢材由于内部的冷却速度难以控制，一部分仍需正火热处理，但随着控轧技术的进步，可省略正火的钢材直径正在扩大。低温加工下，在球状退火热处理时亦可达到微观组织的微细化和切断部分碳化物组织。从而具有使渗碳体易球状化以改善退火组织的效果。（b）精密轧制、尺寸可调轧制。从上世纪80年代后期到90年代中期，在棒、线材的终轧阶段采用三辊和四辊精密轧机以达到省去以后拉拔加工和降低成本的目的。此类精密轧机由于辊间隙可进行调整，故用同一轧机可进行尺寸可调轧制。轴承钢制滚轴和滚珠等回转体多用冷拔加工材，过去用冷拔2次和1次的钢材由于现轧材尺寸精度的提高可以省去1次和2次冷拔及相应的热处理和酸洗等工序，经济效果十分显著。
（4）制管技术的进步；轴承钢热轧钢管的生产方法有穿孔法、S棒轧管法等大部分均可保证批量生产和尺寸精度，一般穿孔法占70%，芯棒轧管法占30%。随着轴承的小型化和低成本化，轴承钢管亦要求实现小径化、薄壁化、高精度化、脱碳层减薄和表面缺陷减少等提高质量的呼声日高，随之产生了小径热轧管增加和向冷拔管的转换。
钢管的冷加工方式有周期式轧管和冷拔式，各有其特点，山阳特钢采用了轴承钢管冷加工主流方式的周期式轧管，现有周期式轧管机15台。在外径尺寸精度方面冷拔法比轧管法较好，但开发成功在周期式轧管后再通过精轧架的新技术使外径尺寸精度和真圆度都达到了冷拔法的水平。
（5）二次加工技术的进步。热处理技术。轴承钢的热轧状态很硬，为确保加工性还有为达到淬火回火状态下良好的疲劳寿命特性，一般多实施球状退火热处理。各厂多采用大型连续热处理炉，为改善球状组织和硬度，并开发成功对升温速度的控制技术、利用控轧以简化部分热处理的技术和重复奥氏体化加热等技术，并已实用化。还有为减少表面脱碳层，开发成功先经表面渗碳后在保护气氛炉内进行球状退火的新技术，并已实用化。
省去冷拔工序。轴承钢的滚珠和滚轴等回转体，一般是用冷拔材经冷锻加工成形的。采用±0.11mm尺寸公差的超高精度轧制棒、线材后，可将冷拔和配套的酸洗热处理等工序省略，经济效益亦好。
l%-1.5%Cr轴承钢从欧洲诞生以来已经过1个世纪，在日本是以SUJ2的标准广为应用，但在基本的合金成分未变条件下，作为钢铁材料出现了很大的进步，从内部质量看主要是钢中氧化物夹杂减少而实现了高洁净化，从棒、线材产品看则是通过控制轧制实现了组织控制和尺寸精度提高。
以下从炼钢、连铸，到开坯、棒线成材轧制，制管技术和热处理技术的进展情况简介如下。 （1）炼钢、连铸技术的进步。在降低非金属夹杂方面，众所周知以降低钢中氧残存量最为有效。经过不断改进，随着钢中氧残存量（ppm）的下降，轴承钢的转动疲劳强度呈现提高。不仅氧残存量大幅减少，夹杂物的粒径亦大幅缩小。
为生产含氧量低的高洁净钢，通过精炼、脱气以减少含氧量是必不可少的，从防止钢水的再氧化出发，还必须充分考虑改善耐火材料的质量和在无氧化气氛下铸造。目前普遍采用的工艺为电炉精炼后采取偏心炉底出钢、钢包精炼脱气、RH脱气、连铸电磁搅拌等工艺技术。
快速熔化。它不仅对质量有好处，对提高生产效率亦很重要、.目前的发展方向是采用超高功率大容量电炉以实现快速熔化，如山阳特钢将电炉容量由30t逐步扩大到60t、90t和150t，使每小时钢锭生产量达125t，同时由于快速均匀熔化，轴承钢的质量亦得到提高。
钢包精炼和偏心炉底出钢。采用钢包精炼使通过对渣成分的控制以生成强还原性渣和通过复合多孔渣的气体强搅拌作用，从而促进了渣和金属间的反应，使脱氧、脱硫的钢水精炼容易实施，加上耐火材料技术的进步，来自耐火材料的污染亦得到防止。还有电炉采用偏心炉底出钢后，出钢时可防止氧化渣的混入，可使高洁净钢更加稳定生产。
真空脱气。主流是RH脱气法，由于采用脱气中不被钢水中渣卷入的环流脱气法，且真空度可较易达到0.1托，故非常适合于轴承钢脱氧；
连铸。连铸以由中间包供应洁净钢水为前提，为此连铸时防止再氧化十分重要。现用设有浸入式水口的大容量中间包，在包内充满惰性气体，并对包盖和测温孔密封以防止空气侵入，使包内的氧浓度基本保持零水平，再加上防止耐火材料污染的相关措施，使含氧<5ppm的高洁净轴承钢可批量生产。还有通过对结晶器内钢水的电磁搅拌和凝固末期的压下技术使中心部的偏析得以改善，连应用较晚的滚珠用线材从90年代后期开始亦用连铸坯生产。
总之，由于以下技术，形成了品质和生产效率兼优的轴承钢生产工艺。
（2）超高洁净操作技术。在上述基础上，为了进一步提高轴承钢的质量，1992年开发成功超高洁净轴承钢，其核心技术是对炼钢方法和洁净度评价用的极值统计法。因为钢的强度决定于钢中杂质中的粒径最大者，极值统计法即以预测被检面积中最大夹杂物的粒径以用来表示钢的洁净度指标。为生产这一高洁净钢从过去的要求低氧、稳定进一步发展到减少影响回转疲劳强度的大型氧化物夹杂，并充分综合利用现有的精炼技术和连铸技术以上升到更先进的炼钢法。于是按极值统计法评价的洁净度，按预测的大型夹杂物的粒径仅为过去钢的1/2，波幅在缩小，轴承钢的质量亦进―步提高。为了进一步提高轴承钢的质量，正在研究使用高频超声波的洁净度评价法。
（3）开坯、棒线轧制技术的进步。开坯轧制技术、轴承钢易产生凝固偏析和疏松。为解决疏松问题，除从连铸上采取措施外，还开发成功用连续锻压机压下以改善的方法及在凝固大钢坯开坯前先用四面锻压机和在线压力机进行强压下以改善的方法。
棒、线材轧制技术
（a）控制轧制、控制冷却。特殊钢业于上世纪80―90年代纷纷应用控轧、控冷技术，通过轧制的低温化和轧后冷却速度的控制，以达到相变组织的最佳化和微细化，从而可省略正火和退火热处理及提高力学性能和减薄氧化铁皮层等。对亚共析钢的结构用特别有效的控制轧制，很快亦用于轴承钢的生产。轴承钢在高温轧制后缓冷时，在旧奥氏体晶界渗碳体以网状析出，如原状进行球状退火，很难形成良好的微观组织，为了切断这一网状组织，通常采取正火热处理，为省略这一正火热处理便可应用控制轧制。具体方法为通过低温加热、低温终轧，或者在轧后渗碳体析出温度区快冷，以抑制渗碳体向晶界析出，从而可得到良好的球状退火组织。对于大直径钢材由于内部的冷却速度难以控制，一部分仍需正火热处理，但随着控轧技术的进步，可省略正火的钢材直径正在扩大。低温加工下，在球状退火热处理时亦可达到微观组织的微细化和切断部分碳化物组织。从而具有使渗碳体易球状化以改善退火组织的效果。（b）精密轧制、尺寸可调轧制。从上世纪80年代后期到90年代中期，在棒、线材的终轧阶段采用三辊和四辊精密轧机以达到省去以后拉拔加工和降低成本的目的。此类精密轧机由于辊间隙可进行调整，故用同一轧机可进行尺寸可调轧制。轴承钢制滚轴和滚珠等回转体多用冷拔加工材，过去用冷拔2次和1次的钢材由于现轧材尺寸精度的提高可以省去1次和2次冷拔及相应的热处理和酸洗等工序，经济效果十分显著。
（4）制管技术的进步；轴承钢热轧钢管的生产方法有穿孔法、S棒轧管法等大部分均可保证批量生产和尺寸精度，一般穿孔法占70%，芯棒轧管法占30%。随着轴承的小型化和低成本化，轴承钢管亦要求实现小径化、薄壁化、高精度化、脱碳层减薄和表面缺陷减少等提高质量的呼声日高，随之产生了小径热轧管增加和向冷拔管的转换。
钢管的冷加工方式有周期式轧管和冷拔式，各有其特点，山阳特钢采用了轴承钢管冷加工主流方式的周期式轧管，现有周期式轧管机15台。在外径尺寸精度方面冷拔法比轧管法较好，但开发成功在周期式轧管后再通过精轧架的新技术使外径尺寸精度和真圆度都达到了冷拔法的水平。
（5）二次加工技术的进步。热处理技术。轴承钢的热轧状态很硬，为确保加工性还有为达到淬火回火状态下良好的疲劳寿命特性，一般多实施球状退火热处理。各厂多采用大型连续热处理炉，为改善球状组织和硬度，并开发成功对升温速度的控制技术、利用控轧以简化部分热处理的技术和重复奥氏体化加热等技术，并已实用化。还有为减少表面脱碳层，开发成功先经表面渗碳后在保护气氛炉内进行球状退火的新技术，并已实用化。
省去冷拔工序。轴承钢的滚珠和滚轴等回转体，一般是用冷拔材经冷锻加工成形的。采用±0.11mm尺寸公差的超高精度轧制棒、线材后，可将冷拔和配套的酸洗热处理等工序省略，经济效益亦好。
