王強

摘要：目前，市場中所廣泛的應用的軸承鋼加工材料種類繁多，隨著對軸承鋼質(zhì)量要求的逐步提升，GCr15逐漸成為現(xiàn)代最為主要的軸承鋼冶煉加工材料之一，其對解決軸承鋼斷裂及使用耐久性較低問題均具有—定的效果。文章將以GCr15軸承鋼加工工藝選擇與運用為核心，對該鋼種的軸承鋼工優(yōu)勢及其問題進行明確闡述，為充分發(fā)揮出GCr15軸承鋼的實際作用提供理論知識方面的幫助。

關鍵詞：GCr15；軸承鋼；冶煉；工藝；控制

近年來，機械設備運用及普及度的提升使鋼材加工速度也隨之加快。軸承最為多種機械設備應用的核心部件，不僅直接影響到設備運行效益，同時也對設備使用安全性產(chǎn)生影響，因此高質(zhì)量軸承鋼的生產(chǎn)便凸顯的至關重要。GCr15軸承鋼的運用，充分解決了軸承鋼強度不高的問題，使軸承鋼運用廣泛性得到顯著提升，對解決以上問題具有良好的應用效果。

1概述

軸承素稱“工業(yè)的心臟”，由于軸承應具備長壽命、高精度、低發(fā)熱量、高速性、高剛性、低噪聲及高耐磨性等特性，這對軸承鋼的化學成分均勻性、非金屬夾雜物含量和類型、碳化物粒度和分布，以及脫碳等要求嚴格，因此軸承鋼質(zhì)量的好壞也成為一個國家鋼鐵冶煉水平的一個標志。

1.1國內(nèi)外軸承鋼行業(yè)發(fā)展概況

我國軸承鋼制造發(fā)展已有50余年歷史，在規(guī)范方面僅2010年初期階段即已達2200余家。2015年，我國各類軸承配套設備生產(chǎn)數(shù)量更是達到83億套，實現(xiàn)全部收入為912億元?，F(xiàn)階段，我國軸承生產(chǎn)行業(yè)實際產(chǎn)量逐步增加，市場需求量也有所提升，在數(shù)量方面我國實際軸承生產(chǎn)早已走在世界前列。雖我國數(shù)量方面占有絕對優(yōu)勢，但在軸承質(zhì)量、軸承降噪及軸承精度等方面仍與西方部分發(fā)達軸承制造企業(yè)存在一定的差距。

目前，在亞洲板塊軸承制造領先企業(yè)以日本山裼公司為主。而西歐則以Svenska Kullargerfabriken，Ascometal等公司技術工藝最為成熟，是現(xiàn)代軸承生產(chǎn)工藝水平較高的主要企業(yè)。其中瑞典Svenska Kullargerfabriken公司軸承產(chǎn)量占世界全部產(chǎn)量的31%，是當前世界軸承產(chǎn)量最高及質(zhì)量最好的軸承生產(chǎn)企業(yè)。

1.2國內(nèi)外軸承鋼冶煉設備和工藝特點

國外軸承鋼冶煉主要采用大電爐設備進行熔爐，可充分解決殘余元素問題，并提高軸承鋼質(zhì)量，通過二次精煉的方式將其與空氣脫離，從而形成真空，以此降低鋼結構中實際氣體含量，該方法不僅有效解決了鋼制軸承氧化問題，同時也進一步保障了軸承鋼基礎質(zhì)量品質(zhì)穩(wěn)定。

（1）國外軸承鋼冶煉均選用大型冶煉設備，冶煉數(shù)量固定，冶煉質(zhì)量控制便捷性高，可充分降低鋼鐵冶煉所帶來的高能源消耗，保障軸承鋼生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。大型冶煉設備軸承鋼煉制不易出現(xiàn)結構壞損問題，使用年限更長，可為機械設備提供可靠結構支持。

（2）鋼鐵殘余元素對軸承鋼質(zhì)量影響嚴重，為此主要通過對鋼料選用的源頭控制實現(xiàn)降低殘余元素數(shù)量，避免殘余元素與軸承鋼生產(chǎn)產(chǎn)生直接接觸。高爐鐵液是現(xiàn)代高質(zhì)量軸承鋼生產(chǎn)的主要用料，可有效對殘余元素進行控制，從根本上將殘余元素進行隔絕。

（3）出鋼技術控制是解決軸承鋼氧化嚴重問題的核心關鍵。國外部分企業(yè)已有效實現(xiàn)對軸承鋼制作的無渣出鋼處理，通過真空處理技術來實現(xiàn)鋼材料與渣的零接觸，從而保障軸承鋼生產(chǎn)的實際質(zhì)量。

電爐初煉是我國軸承鋼生產(chǎn)所選用的主要是設備，該設備具備鋼質(zhì)材料出鋼直徑大的基本特點，能夠進一步實現(xiàn)對大型軸承鋼的一次性生產(chǎn)，提高大型軸承鋼的基本質(zhì)量。在小型企業(yè)的軸承鋼生產(chǎn)中，多采用小電爐及模鑄生產(chǎn)方式。為統(tǒng)一國內(nèi)軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量，保障生產(chǎn)標準的一致，我國軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)均要求采用LF精煉設備進行軸承鋼精煉，同時VD真空精煉處理設備應用也相對廣泛。就從基礎運用的脫氮及脫氫效果而言，RH精煉處理設備優(yōu)勢相對明顯，并且對成本的控制效果也相對較好。當下，我國與國外部分企業(yè)軸承鋼生產(chǎn)的差距在于冶煉容量較低，難以保障冶煉質(zhì)量的恒定，同時精煉工藝尚存在一定的技術問題。

2 GCr15質(zhì)量要求和常見缺陷

2.1質(zhì)量要求

軸承用途及種類的差異使其質(zhì)量要求及常見缺陷問題也存在一定差別。目前市面所廣泛應用的軸承鋼以滲碳軸承鋼、高溫軸承鋼、高碳鉻軸承鋼、銹軸承鋼及特種軸承鋼為主。GCr15軸承鋼是現(xiàn)代軸承鋼生產(chǎn)的主要鋼種，與現(xiàn)代多數(shù)企業(yè)設備相對應，具備良好的可塑性，同時結構硬度較高，通過淬火及回火可使其表面強度及內(nèi)部強度得到進一步提升。該鋼種耐磨性較高，不易產(chǎn)生疲勞問題，同時具備一定的耐腐蝕性，能夠在多種環(huán)境下施工，實際適應性較強，在多種設備中均能夠發(fā)揮良好應用效果。在塑性方面，由于該鋼種結構密度具有一定的可調(diào)控性，因此可按相關要求對GCr15進行深層鑄造及處理。

（1）受其可調(diào)控性影響，該鋼種應用可按照生產(chǎn)雙方要求進行不同規(guī)格的硬度設計，通過對軸承鋼用途的分析來執(zhí)行合理設計規(guī)劃，充分解決傳統(tǒng)鋼種應用靈活性差的相關問題。

（2）非金屬夾雜物規(guī)定。細系：A類，2.5級，B類，2.0級，c類，0.5級，D類，1.0級；粗系：A類，1.5級，B類，1.0級，C類，0.5級，D類，1.0級。

（3）該鋼種結構密度較高，在對直徑小于60 mm直徑剛才冶煉時，應及時對顯微孔隙進行控制，并提高結構密集度。對直徑高于60 mm直接鋼材，則需按照鋼材冶煉設計方案對顯微孔隙進行評級，以免顯微孔隙對鋼材使用造成影響。

（4）軋制規(guī)格的不同直接影響軸承鋼質(zhì)量，在對鋼材脫碳層深度處理中，要求將蒸餾度控制0.15～1.2 mm范圍內(nèi)。由于該類鋼材通常通途不定，因此需根據(jù)委托方需求對鋼結構表面按相關規(guī)格進行處理，確保鋼材冶煉符合標準。

2.2 GCr15常見缺陷

（1）GCr15結構缺陷產(chǎn)生的首要問題即使表面裂紋問題，該問題的產(chǎn)生于后期軋制及前期冶煉技術處理有關。而縮孔及夾渣問題則多來源鋼結構氧化及出鋼控制方面，由于所采取的出鋼擋渣措施有效性較低，導致出鋼控制無法起到預期效果，繼而產(chǎn)生夾渣現(xiàn)象。

（2）該鋼種內(nèi)部缺陷問題主要由夾雜物超標及氧含量超標產(chǎn)生。鋼材冶煉及加工處理夾雜物的產(chǎn)生無可避免，即使選用真空加工環(huán)境也難以保障剛才中無夾雜物。對夾雜物的控制如在相對合理范圍內(nèi)，則無需進行技術處理，而若夾雜物嚴重超標，則易對鋼材使用產(chǎn)生影響，容易造成鋼材斷裂問題。氧含量超過對鋼材影響較為嚴重，不僅可產(chǎn)生白點及氣孔，同時還易形成偏析及縮松問題，使鋼材結構強度下降。

3 GCr15冶煉工藝的選擇與控制

3.1工藝路線

65t Consteel EAF->65t LF->65tVD->R9mCC連鑄機。65tConsteel EAF出鋼采用擋渣出鋼，鋼包中采用精煉渣、石灰、氟石等造渣。采用LF精煉脫氧、脫硫、去夾雜及微合金化，調(diào)節(jié)酸溶鋁A1的含量，再經(jīng)過VD進行脫氣、渣洗鋼液處理。連鑄采用全程保護澆注，中間包等溫控制，穩(wěn)定拉坯速度以及液面自動控制等。

3.2 Consteel EAF冶煉工藝要點

（1）初煉爐冶煉要求首先對冶煉材料進行脫碳及脫磷處理，通過增加熱裝鐵液量的方式來對磷含量進行控制，并確保碳的含量能夠保持在相對合理范圍內(nèi)?，F(xiàn)階段較為標準的鐵液用量為鋼鐵料入爐冶煉鐵液60%、國標鐵為10%、廢鋼30%。

（2）為提高冶煉對磷元素的有效提出，冶煉全稱將采用泡渣引弧操作。在初煉爐的無渣出鋼方面，應選用偏心爐底出鋼技術，并輔以擋渣技術降低渣物質(zhì)產(chǎn)生概率。出鋼溫度要求控制在1630℃以上，最高溫不應超過1 650℃，以提高鋼材冶煉溫度適應性。

（3）為避免其余雜質(zhì)混入鋼材，并提高基礎成渣性，將在出鋼階段加入適量造渣材料，以便在提高其脫硫效率的同時保障成渣效果。如冶煉成渣速度響度較慢，可適量加入固定數(shù)量的優(yōu)勢活性石灰，以便對渣進行有效處理。

3.3精煉工藝要點

軸承鋼精煉爐渣主要有3項任務：（1）減少夾雜物數(shù)量，特別是減少氧化物夾雜的數(shù)量；（2）改善夾雜物的性質(zhì)和形態(tài)，使塑性夾雜物所占比例增加，減少或消除C_aO型的球狀夾雜物；（3）降低鋼中硫含量。

（1）精煉渣堿度控制不得低于2，最高應控制在2.5以下。其目的在于降低夾雜物數(shù)量，提高鋼材整體強度。渣精煉前期結構應逐步提升電流埋弧操作，從而提高熔爐溫度，通過高溫環(huán)境進行脫氧劑脫硫反應，以此將部分雜質(zhì)進行吸附，降低鋼材內(nèi)雜質(zhì)比重。

（2）精煉要求采用Sic工藝進行處理，并加入適量硅鈣鋇成分，使其與氬氣底流攪拌過程中能夠產(chǎn)生生物上浮反應。如實際操作反應狀態(tài)不佳，可喂入固定數(shù)量的鋁線，同時提升氫氣流量，以此提高精煉反應效果。該項技術能夠在保障鋼液不裸露的基礎上提高對樣鋁含量的控制。

（3）精煉取樣后應保持白渣狀態(tài)操作，提高精煉渣實際吸附能力，繼而在區(qū)域夾雜物的同時提高脫氧及脫硫效果。

3.4連鑄

（1）連鑄機基本參數(shù)流數(shù)：4流；鑄機半徑：89 000/17 500 mm；流間距：1250 mm，結晶器長度：850 mm；澆鑄斷面：150 mm×150 mm；最大拉速：2.8 m/min電磁攪拌方式：（4VI+F）-EMS：二次冷卻方式：足輥水冷0段+氣霧冷卻1，2，3段。創(chuàng)澆鑄過程中鋼包加包蓋保溫，以減少鋼液面下降時高溫包襯裸露向外界的散熱，實現(xiàn)全保護澆注。嚴格套管操作，大包、中間包水口套管上部全部采用耐火纖維氈隔氣。中間包加蓋，以減少散熱，保證過程溫度平穩(wěn)，溫差波動控制在2℃以內(nèi)。

4結語

GCr15軸承鋼冶煉對解決軸承鋼質(zhì)量及結構穩(wěn)定具有重要意義，是現(xiàn)代軸承制作所需的主要鋼種之一。對GCr15軸承鋼冶煉技術的運用其基礎掌握難度相對較大，要求其不僅能夠按照不同軸承鋼規(guī)格對鋼材冶煉加以優(yōu)化，同時需及時做好GCr15軸承鋼質(zhì)量控制，通過提高該類軸承鋼實際結構強度來保障生產(chǎn)加工效益，從而為GCr15軸承鋼在機械設備方面的有效運用奠定堅實基礎。