潘頂
（南京鋼鐵聯合有限公司，江蘇南京 210035）
摘 要：軸承鋼是機械設備的重要組成部分，隨著工業的不斷發展，對于軸承鋼的需要也越來越大，并且要求軸承鋼質量更加符合工業發展要求，傳統的軸承鋼材料已經不能滿足現代的機械設備的需要，進過不斷的更新和改進，使高銘軸承鋼成為的工業中廣泛應用的基礎材料。該軸承鋼材料具有較強的抗疲勞能力以及較高的延展性，便于進行冷熱加工，同時還能夠為機械企業節約一定的經濟成本。軸承鋼棒線材控軋控冷工藝與傳統軋制工藝，能夠解決傳統工藝中軸承鋼產品表面存在缺陷的問題，能夠為企業帶來較多經濟效益的同時，也能夠拖動軸承鋼獲得更好發展。
關鍵詞：軸承；鋼棒線材；控軋控冷工藝
軸承鋼生產質量要求較高，并且生產難度較大，對于軸承工業發展有著較為重要的作用。現階段，我國軸承鋼質量與其他國家相比存在不小的差距，其主要表現在軸承鋼生產中會產生不均勻的碳化物質，并且使用壽命較短，使軸承鋼一直處于緩慢發展的階段。想要提高軸承鋼生產質量，就必須解決軸承鋼生產中存在的碳化物質不均勻等問題，經過研究分析發現軸承鋼碳化物均勻性會受到軋后冷卻速度、終扎溫度等聯系密切，本篇文章對軸承鋼棒線材控軋控冷工藝分析，解決軸承鋼生產中存在碳化物質不均的問題，提高軸承鋼生產質量。
1 軸承鋼概述
軸承鋼是機械設備中的基礎部件，滾動承軸應用較多，滾動承軸由多個部分組成，如內套圈、外套圈等。軸承一般在較為惡劣的環境中使用，如高速運轉、高溫低溫等環境中應用。軸承在滾動體中應用，并實現高速運轉，運轉過程中需要承擔較多附加荷載力，同時，還會受到熱應力或者是化學作用的影響。上述環境和使用條件的作用下，會導致軸承鋼使用壽命降低，導致其出現疲勞磨損等多種情況。軸承鋼的特性容易受到導致材料純凈度和均勻性的影響，材料純凈度是指材料中的雜質含量、大小、氣體等，均勻性是指材料的化學成分、碳化顆粒物等的均勻程度，隨著我國軸承鋼的不斷發展，但是與國外還存在較大的差距。受到冶煉方法、冶煉水平等多種方面因素的影響，導致軸承鋼生產工藝參數和工藝控制質量存在一定區別，各個企業所生產軸承鋼都質量存在的參差不齊的情況[1]。最近幾年，對于軸承鋼質量不斷提升，軸承鋼在生產過程中可以保證軸承鋼的均勻性，減少了軸承鋼存在雜質。
軸承鋼生產過程中應避免追求成材率，簡化或是縮短工藝流程，否則會導致軸承鋼生產質量出現問題。軸承鋼生產中存在非金屬夾雜物和碳化物顆粒較大，分布不均勻。真空脫氣冶煉方法使氧氣含量大幅度降低，使軸承鋼中的氧氣含量大幅度降低，軸承鋼質量獲得明顯提升，但是軸承鋼中雜物和碳化物顆粒較大，分布較為不均勻。如何解決軸承鋼生產碳化物大小和分布均勻性成為軸承鋼生產工藝中急需改善的重點內容，只有減少軸承鋼雜物和碳化物顆粒，從而達到延長軸承鋼使用壽命的目的。軸承鋼表面質量對材料利用率也會產生直接的影響，現階段生產企業的已經開始重視表面質量，采取的改進軋制工藝、增加鋼材驗傷等措施，減少軸承鋼表面裂紋，從而提高軸承鋼表面質量[2]。如表1所示。
2 軸承鋼棒線材控軋控冷工藝分析
2.1 控制軋制
空扎軋制是指熱軋過程中通過對金屬加熱、變形以及溫度等環節進行控制，使軋鋼能夠滿足生產條件，從而形成較小的晶粒組織，提高軸承鋼的綜合性能。低碳鋼、低合金使采取控制軋鋼工藝，需要控制工藝參數，來使細小晶粒組織轉變為奧氏體晶粒，奧氏體晶粒學和珠光體相變后，會形成細小的珠光體球團，有利于提高鋼材料強度以及韌性。控制冷卻主要是控制軋鋼生產中的冷卻速度，使軋鋼性能符合生產需要，熱軋變形的作用下，會使奧氏體溫度獲得提升，減低鐵素體晶粒逐漸變大，從而導致鋼材力學性能逐漸降低。為了能夠避免上述情況的發生，因此采取控制冷卻工藝[3]。控制軋鋼和控制冷卻的相互結合，能夠使軸承鋼韌性和綜合力能獲得強化，使軸承鋼性能合格率較高，簡化生產工序，達到節約能源的目的，從而提高軸承鋼企業的經濟效益和社會效益。控制軋鋼和控制冷卻技術在軸承鋼生產中應用時間較短，最近幾年，控制軋鋼和控制冷卻技術水平獲得明顯提升，取得了較好的明顯效果。由于不同軸承鋼企業生產經濟效益不同，很多企業生產設備過于陳舊，導致無法應用控制軋鋼和控制冷卻技術。控制軋鋼和控制冷卻技術需要機械設備具有較強的軋制能力，也要求企業具有充足的生產空間，才能夠達到軸承鋼的生產需要 。同時，控制軋鋼和控制冷卻技術還能夠達到節約能源，提高軋鋼產品質量的作用。
傳統軋制工藝主要是采用奧氏體軋鋼，軋制后使鋼材料冷卻，由于軋鋼溫度 較高，會使碳原子不斷擴散，之后在的加上熱軋的變形促進二氧化碳提前分解，冷卻后會導致鋼材料中出現較多碳化物質，影響軋鋼的性能和強度[4]。傳統的軋機機械設備運行速度較低，種植過程中剛鋼材料溫度下降速度較快，導致軸承鋼溫度不斷提升。新的軋機設備速度逐漸提升，軋制過程中溫度基本可以保持在合適的范圍內，不會出現溫度下降過快的情況，并且可能出現升溫，為低溫控軋創造了條件。將軋機溫度降低大，溫度提升需要不斷提升軋機的強度，增加電功率和軋制能力消耗是提升軋機強度的主要方式，但是有由于溫度降低會有效節約燃料，基本可以節約20%的燃料。如果含碳量較少，應適當降低鋼材的初始溫度，在鋼材完成變形之后進行熱處理，達到細節化晶粒，從而提高鋼材力學性能和焊接能力，使鋼材表面較為平滑，提高軸承鋼的表面質量。
控制軋制工藝可以基本分為三個階段，變形和結晶同時進行，加大鋼材料后學，晶粒體出現反復變形在進行結晶，使結晶能夠得到細化。低溫晶體變形階段，如果軋制變形后的晶體進入到未結晶區域，已經發生的變形晶體不會再次結晶，并且還會呈現出加工硬化的狀態，從而縮小晶體的體積。晶體經過兩個階段，軋鋼溫度繼續降低時，導致晶粒軋制變形，從而使晶體再次細化。控制軋制的主要目的是在熱軋的條件下，使軸承鋼韌性和強度獲得提升。棒線材控制軋制流程如圖1所示。
2.2 控制冷卻
控制冷卻是對軋后鋼材的冷卻參數進行控制，冷卻參數包括初始溫度、終冷溫度和冷卻溫度，控冷工藝參數如表2所示。控軋后，鋼材料冷卻速度也加快，從而使延緩奧氏體的冷卻速度，相變組織會比只進行軋鋼控制更加細微，使軋鋼組織能夠按照生產需要進行變化，避免碳化物質在冷卻析出，從而達到提高軋鋼強度的目的，可以使軋鋼性能發生變化，并且達到減少軋鋼氧化鐵含量得目標，避免軸承鋼出現冷卻不均勻的情況，也可以防止軸承鋼出現變形。控制冷卻實質對于控制軋后學奧氏體的冷卻速度，將其冷卻至變溫度區域，冷卻控制能夠防止奧氏體不斷增大，降低晶體的相變溫度，使晶粒不斷細化。控制冷卻會導致晶體降低。結晶奧氏體冷卻效果不大，如果不在其進行冷卻，會增加軸承鋼晶體的細化程度。
控制冷卻工藝可以分為三個階段，即一次冷卻、二次冷卻以及三次冷卻。一次冷卻后的溫度可以使奧氏晶體發生變形，之后再改變鐵素體的溫度，對溫度進行冷卻控制，使奧氏體得到變形。奧氏體晶體變大之后，排除組織中存在的碳化物，在這個過程中要注意避免奧氏體出現變形錯位的情況，應對鋼材料進行固定，使相變溫度保持在合適的范圍內，為之后鋼材料變化奠定基礎。相變開始后會出現一定的溫度變化，溫度變化至冷卻范圍內被成為二次冷卻，能夠實現對鋼材料相變冷卻速度和空冷溫度的控制，從而使軸承鋼綜合力學性能以及組織能力獲得提升。如果軸承鋼材料所使用低碳鋼、低合金鋼等材料時，一次冷卻和二次冷卻可以連續進行，溫度達到珠光體相變結束之后，所以使碳化物消散。三次冷卻后相變溫度較低，并且會使鋼材料組織發生變化。一次冷卻的主要目的是使鋼材料中奧氏體更加精細，并排除鋼材料中多余的碳化物，避免碳化物使鋼材料中出現奧氏晶體。為了能夠提高軸承鋼的性能，必須能夠合理控制冷卻溫度[5]。
2.3 控制軋制與控制冷卻結合
軸承鋼軋鋼控制的過程中不便于工作人員進行操作，如果采取空冷的方式對其進行控制，誘導鋼材料發生變形，使二氧化碳溫度體現析出碳化量，溫度升高之后碳化物體積變大且數量增多，控制軋制后采取冷卻工藝，奧氏體晶粒在變形之后沒有實現變大，溫度降低之后會使晶體分散并且變小。軸承鋼棒線材控軋控冷工藝的能夠加快晶粒體的細化速度，阻止碳化物晶粒體。軸承鋼工藝有較多種，軋后與控制冷卻相結合，形成全新的軸承鋼制作工藝。高溫再結晶控軋與軋后的快冷結合工藝，將軸承鋼鋼材料加熱，保證鋼材料加熱溫度較為均勻，之后形成粗軋和精軋。合理控制終軋溫度，晶體變形完全處于結晶區，阻止晶粒出變大，終軋后必須加快冷卻速度，避免軸承鋼表面出現裂紋。軸承鋼碳化物析出必須保證在一定溫度范圍內，因此，需要加快鋼材的冷卻速度。高溫在結晶型和未再結晶型控軋和軋后快結合工藝，高溫再結晶區溫度進行軋制，在結晶區進行待溫或者是冷卻，鋼溫達到結晶區區溫度進行軋制，從而使碳化物不再被析出，使其能夠達到要求尺寸。軸承鋼未再結晶區軋制，增加晶粒體內部變形，碳化物不僅在奧氏體晶體上析出，也會在晶體變形部位進行析出，使晶體體積不斷變小，從而使軸承鋼組織獲 得改善。軋后迅速冷卻之后，可以阻斷碳化物的析出，減低溫度可以保 證之軸承鋼質量[6]。
終軋溫度降低到晶體與碳化物兩相區范圍，使碳化物可以發生變形，從而使其形成半球碳化物，使碳化物更加細致化。軋鋼快冷之后可以降低晶體溫度，從而使其形態發生明顯改變，促進其尺寸能夠得到細化。軋后快冷能夠達到延長軸承鋼使用壽命的目的，并且對于軸承鋼自身性能影響不嚴重，可以使碳化物更加均勻，從而增強軸承鋼的疲勞度。軋后采取快冷的手段，能夠使軋件溫度快速通過碳化物達 到析出溫度區域，能夠達到控制碳化物的目的。精軋溫度較低的情況下，可以保證細晶組織的均勻性。隨著精軋溫度的不斷降低，碳化物晶粒也會更加細化。
控軋控冷工藝會對軸承鋼棒線材球化退火工藝會產生一定的影響，終軋溫度降低之后，鋼組織和晶粒體會得到充分細化，并且會使碳化物級別下降，操作人員也無法保證將溫度控制在可控范圍內，導致鋼材性能受到較大的影響。同樣的變化條件下，如果冷卻速度越快，鋼組織細化就越明顯，從而使鋼組織碳化物級別下降。針對于軸承鋼棒材，會降低網狀碳化物級別目標，采取低溫控制的方式進行軋制，控制好其他溫度，延長其冷卻時間，從而提高軸承鋼質量[7]。
3 結語
綜上所述，軸承鋼棒線材控軋控冷工藝，能夠通過控軋和控冷方式。使軸承鋼使用壽命以及質量獲得提升。軸承鋼在軋制過程中鋼材料會隨著軋制變形，增加軋制溫度和降低溫度，使晶粒增，之后降低鋼材料溫度使其快速冷卻，晶粒體迅速變小，從而使軸承鋼表面更加平滑，避免軸承鋼表面出現裂縫等多種情況，保證軸承鋼質量。
參考文獻
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［5］李勝利，徐建忠，王國棟，等.大斷面軸承鋼控軋控冷工藝的模擬與分析［J］.東北大學學報，2006，（6）：658-661.
［6］李勝利，王國棟，李勝利，等.大斷面軸承鋼控軋控冷節能工藝研究［J］.冶金能源，2005，（5）：59-61.
［7］張務林.軸承鋼棒線材生產技術的研究與應用［J］.特鋼技術，1997，（3）：7-10.
來源：《冶金與材料》
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