潘顶

（南京钢铁联合有限公司，江苏南京　210035）

摘　要：轴承钢是机械设备的重要组成部分，随着工业的不断发展，对于轴承钢的需要也越来越大，并且要求轴承钢质量更加符合工业发展要求，传统的轴承钢材料已经不能满足现代的机械设备的需要，进过不断的更新和改进，使高铭轴承钢成为的工业中广泛应用的基础材料。该轴承钢材料具有较强的抗疲劳能力以及较高的延展性，便于进行冷热加工，同时还能够为机械企业节约一定的经济成本。轴承钢棒线材控轧控冷工艺与传统轧制工艺，能够解决传统工艺中轴承钢产品表面存在缺陷的问题，能够为企业带来较多经济效益的同时，也能够拖动轴承钢获得更好发展。

关键词：轴承；钢棒线材；控轧控冷工艺

轴承钢生产质量要求较高，并且生产难度较大，对于轴承工业发展有着较为重要的作用。现阶段，我国轴承钢质量与其他国家相比存在不小的差距，其主要表现在轴承钢生产中会产生不均匀的碳化物质，并且使用寿命较短，使轴承钢一直处于缓慢发展的阶段。想要提高轴承钢生产质量，就必须解决轴承钢生产中存在的碳化物质不均匀等问题，经过研究分析发现轴承钢碳化物均匀性会受到轧后冷却速度、终扎温度等联系密切，本篇文章对轴承钢棒线材控轧控冷工艺分析，解决轴承钢生产中存在碳化物质不均的问题，提高轴承钢生产质量。

1　轴承钢概述

轴承钢是机械设备中的基础部件，滚动承轴应用较多，滚动承轴由多个部分组成，如内套圈、外套圈等。轴承一般在较为恶劣的环境中使用，如高速运转、高温低温等环境中应用。轴承在滚动体中应用，并实现高速运转，运转过程中需要承担较多附加荷载力，同时，还会受到热应力或者是化学作用的影响。上述环境和使用条件的作用下，会导致轴承钢使用寿命降低，导致其出现疲劳磨损等多种情况。轴承钢的特性容易受到导致材料纯净度和均匀性的影响，材料纯净度是指材料中的杂质含量、大小、气体等，均匀性是指材料的化学成分、碳化颗粒物等的均匀程度，随着我国轴承钢的不断发展，但是与国外还存在较大的差距。受到冶炼方法、冶炼水平等多种方面因素的影响，导致轴承钢生产工艺参数和工艺控制质量存在一定区别，各个企业所生产轴承钢都质量存在的参差不齐的情况[1]。最近几年，对于轴承钢质量不断提升，轴承钢在生产过程中可以保证轴承钢的均匀性，减少了轴承钢存在杂质。

轴承钢生产过程中应避免追求成材率，简化或是缩短工艺流程，否则会导致轴承钢生产质量出现问题。轴承钢生产中存在非金属夹杂物和碳化物颗粒较大，分布不均匀。真空脱气冶炼方法使氧气含量大幅度降低，使轴承钢中的氧气含量大幅度降低，轴承钢质量获得明显提升，但是轴承钢中杂物和碳化物颗粒较大，分布较为不均匀。如何解决轴承钢生产碳化物大小和分布均匀性成为轴承钢生产工艺中急需改善的重点内容，只有减少轴承钢杂物和碳化物颗粒，从而达到延长轴承钢使用寿命的目的。轴承钢表面质量对材料利用率也会产生直接的影响，现阶段生产企业的已经开始重视表面质量，采取的改进轧制工艺、增加钢材验伤等措施，减少轴承钢表面裂纹，从而提高轴承钢表面质量[2]。如表1所示。

2　轴承钢棒线材控轧控冷工艺分析

2.1 控制轧制

空扎轧制是指热轧过程中通过对金属加热、变形以及温度等环节进行控制，使轧钢能够满足生产条件，从而形成较小的晶粒组织，提高轴承钢的综合性能。低碳钢、低合金使采取控制轧钢工艺，需要控制工艺参数，来使细小晶粒组织转变为奥氏体晶粒，奥氏体晶粒学和珠光体相变后，会形成细小的珠光体球团，有利于提高钢材料强度以及韧性。控制冷却主要是控制轧钢生产中的冷却速度，使轧钢性能符合生产需要，热轧变形的作用下，会使奥氏体温度获得提升，减低铁素体晶粒逐渐变大，从而导致钢材力学性能逐渐降低。为了能够避免上述情况的发生，因此采取控制冷却工艺[3]。控制轧钢和控制冷却的相互结合，能够使轴承钢韧性和综合力能获得强化，使轴承钢性能合格率较高，简化生产工序，达到节约能源的目的，从而提高轴承钢企业的经济效益和社会效益。控制轧钢和控制冷却技术在轴承钢生产中应用时间较短，最近几年，控制轧钢和控制冷却技术水平获得明显提升，取得了较好的明显效果。由于不同轴承钢企业生产经济效益不同，很多企业生产设备过于陈旧，导致无法应用控制轧钢和控制冷却技术。控制轧钢和控制冷却技术需要机械设备具有较强的轧制能力，也要求企业具有充足的生产空间，才能够达到轴承钢的生产需要 。同时，控制轧钢和控制冷却技术还能够达到节约能源，提高轧钢产品质量的作用。

传统轧制工艺主要是采用奥氏体轧钢，轧制后使钢材料冷却，由于轧钢温度 较高，会使碳原子不断扩散，之后在的加上热轧的变形促进二氧化碳提前分解，冷却后会导致钢材料中出现较多碳化物质，影响轧钢的性能和强度[4]。传统的轧机机械设备运行速度较低，种植过程中刚钢材料温度下降速度较快，导致轴承钢温度不断提升。新的轧机设备速度逐渐提升，轧制过程中温度基本可以保持在合适的范围内，不会出现温度下降过快的情况，并且可能出现升温，为低温控轧创造了条件。将轧机温度降低大，温度提升需要不断提升轧机的强度，增加电功率和轧制能力消耗是提升轧机强度的主要方式，但是有由于温度降低会有效节约燃料，基本可以节约20%的燃料。如果含碳量较少，应适当降低钢材的初始温度，在钢材完成变形之后进行热处理，达到细节化晶粒，从而提高钢材力学性能和焊接能力，使钢材表面较为平滑，提高轴承钢的表面质量。

控制轧制工艺可以基本分为三个阶段，变形和结晶同时进行，加大钢材料后学，晶粒体出现反复变形在进行结晶，使结晶能够得到细化。低温晶体变形阶段，如果轧制变形后的晶体进入到未结晶区域，已经发生的变形晶体不会再次结晶，并且还会呈现出加工硬化的状态，从而缩小晶体的体积。晶体经过两个阶段，轧钢温度继续降低时，导致晶粒轧制变形，从而使晶体再次细化。控制轧制的主要目的是在热轧的条件下，使轴承钢韧性和强度获得提升。棒线材控制轧制流程如图1所示。

2.2 控制冷却

控制冷却是对轧后钢材的冷却参数进行控制，冷却参数包括初始温度、终冷温度和冷却温度，控冷工艺参数如表2所示。控轧后，钢材料冷却速度也加快，从而使延缓奥氏体的冷却速度，相变组织会比只进行轧钢控制更加细微，使轧钢组织能够按照生产需要进行变化，避免碳化物质在冷却析出，从而达到提高轧钢强度的目的，可以使轧钢性能发生变化，并且达到减少轧钢氧化铁含量得目标，避免轴承钢出现冷却不均匀的情况，也可以防止轴承钢出现变形。控制冷却实质对于控制轧后学奥氏体的冷却速度，将其冷却至变温度区域，冷却控制能够防止奥氏体不断增大，降低晶体的相变温度，使晶粒不断细化。控制冷却会导致晶体降低。结晶奥氏体冷却效果不大，如果不在其进行冷却，会增加轴承钢晶体的细化程度。

控制冷却工艺可以分为三个阶段，即一次冷却、二次冷却以及三次冷却。一次冷却后的温度可以使奥氏晶体发生变形，之后再改变铁素体的温度，对温度进行冷却控制，使奥氏体得到变形。奥氏体晶体变大之后，排除组织中存在的碳化物，在这个过程中要注意避免奥氏体出现变形错位的情况，应对钢材料进行固定，使相变温度保持在合适的范围内，为之后钢材料变化奠定基础。相变开始后会出现一定的温度变化，温度变化至冷却范围内被成为二次冷却，能够实现对钢材料相变冷却速度和空冷温度的控制，从而使轴承钢综合力学性能以及组织能力获得提升。如果轴承钢材料所使用低碳钢、低合金钢等材料时，一次冷却和二次冷却可以连续进行，温度达到珠光体相变结束之后，所以使碳化物消散。三次冷却后相变温度较低，并且会使钢材料组织发生变化。一次冷却的主要目的是使钢材料中奥氏体更加精细，并排除钢材料中多余的碳化物，避免碳化物使钢材料中出现奥氏晶体。为了能够提高轴承钢的性能，必须能够合理控制冷却温度[5]。

2.3 控制轧制与控制冷却结合

轴承钢轧钢控制的过程中不便于工作人员进行操作，如果采取空冷的方式对其进行控制，诱导钢材料发生变形，使二氧化碳温度体现析出碳化量，温度升高之后碳化物体积变大且数量增多，控制轧制后采取冷却工艺，奥氏体晶粒在变形之后没有实现变大，温度降低之后会使晶体分散并且变小。轴承钢棒线材控轧控冷工艺的能够加快晶粒体的细化速度，阻止碳化物晶粒体。轴承钢工艺有较多种，轧后与控制冷却相结合，形成全新的轴承钢制作工艺。高温再结晶控轧与轧后的快冷结合工艺，将轴承钢钢材料加热，保证钢材料加热温度较为均匀，之后形成粗轧和精轧。合理控制终轧温度，晶体变形完全处于结晶区，阻止晶粒出变大，终轧后必须加快冷却速度，避免轴承钢表面出现裂纹。轴承钢碳化物析出必须保证在一定温度范围内，因此，需要加快钢材的冷却速度。高温在结晶型和未再结晶型控轧和轧后快结合工艺，高温再结晶区温度进行轧制，在结晶区进行待温或者是冷却，钢温达到结晶区区温度进行轧制，从而使碳化物不再被析出，使其能够达到要求尺寸。轴承钢未再结晶区轧制，增加晶粒体内部变形，碳化物不仅在奥氏体晶体上析出，也会在晶体变形部位进行析出，使晶体体积不断变小，从而使轴承钢组织获 得改善。轧后迅速冷却之后，可以阻断碳化物的析出，减低温度可以保 证之轴承钢质量[6]。

终轧温度降低到晶体与碳化物两相区范围，使碳化物可以发生变形，从而使其形成半球碳化物，使碳化物更加细致化。轧钢快冷之后可以降低晶体温度，从而使其形态发生明显改变，促进其尺寸能够得到细化。轧后快冷能够达到延长轴承钢使用寿命的目的，并且对于轴承钢自身性能影响不严重，可以使碳化物更加均匀，从而增强轴承钢的疲劳度。轧后采取快冷的手段，能够使轧件温度快速通过碳化物达 到析出温度区域，能够达到控制碳化物的目的。精轧温度较低的情况下，可以保证细晶组织的均匀性。随着精轧温度的不断降低，碳化物晶粒也会更加细化。

控轧控冷工艺会对轴承钢棒线材球化退火工艺会产生一定的影响，终轧温度降低之后，钢组织和晶粒体会得到充分细化，并且会使碳化物级别下降，操作人员也无法保证将温度控制在可控范围内，导致钢材性能受到较大的影响。同样的变化条件下，如果冷却速度越快，钢组织细化就越明显，从而使钢组织碳化物级别下降。针对于轴承钢棒材，会降低网状碳化物级别目标，采取低温控制的方式进行轧制，控制好其他温度，延长其冷却时间，从而提高轴承钢质量[7]。

3　结语

综上所述，轴承钢棒线材控轧控冷工艺，能够通过控轧和控冷方式。使轴承钢使用寿命以及质量获得提升。轴承钢在轧制过程中钢材料会随着轧制变形，增加轧制温度和降低温度，使晶粒增，之后降低钢材料温度使其快速冷却，晶粒体迅速变小，从而使轴承钢表面更加平滑，避免轴承钢表面出现裂缝等多种情况，保证轴承钢质量。

参考文献

［1］刘强.探讨提高轴承钢棒材 GCr15 质量的措施［J］.冶金与材料，2022，14（1）：25-26.

［2］徐言东，何春雨，刘涛，等.热轧控轧控冷技术装备应用和发展［J］.冶金设备，2022,(1)1-6.

［3］汪盼盼，唐立志，隋凤利.大规格轴承钢棒材轧制工艺优化［J］.金属材料与冶金工程，2021，49（5）：39-44.

［4］周月林，顾铁.控轧控冷对轴承钢网状碳化物的影响［J］.中小企业管理与科技（上旬刊），2017，（10）：180-182.

［5］李胜利，徐建忠，王国栋，等.大断面轴承钢控轧控冷工艺的模拟与分析［J］.东北大学学报，2006，（6）：658-661.

［6］李胜利，王国栋，李胜利，等.大断面轴承钢控轧控冷节能工艺研究［J］.冶金能源，2005，（5）：59-61.

［7］张务林.轴承钢棒线材生产技术的研究与应用［J］.特钢技术，1997，（3）：7-10.

来源：《冶金与材料》

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