高氮轴承钢高温疲劳性能与裂纹萌生扩展机理

200℃下,40Cr15Mo2VN高氮轴承钢旋转弯曲疲劳性能测试结果表明其安全疲劳极限强度为883MPa,较室温条件下降了17%。通过SEM疲劳断口观察发现,疲劳破坏类型主要为表面缺陷起裂和内部非金属夹杂物起裂。与室温相比,200℃条件下疲劳应力强度因子门槛值ΔKth下降了20%,导致疲劳裂纹起始的临界非金属夹杂物尺寸减小;200℃条件下表面起裂中疲劳源附近细小裂纹的相互作用使得应力强度因子KI增加,加速表面初始裂纹扩展。同时,根据高氮轴承钢中非金属夹杂物所在位置的名义应力幅度与缺陷疲劳极限强度的比值,分析了非金属夹杂物尺寸、位置及温度对疲劳寿命的影响。     

真空脱气轴承钢的研究

本文对采用真空处理冶炼轴承钢的RH法、VArD法和碱性电炉钢进行了试验研究。结果表明:破坏概率在50％的情况下,采用RH真空处理轴承钢的疲劳寿命是碱性电弧炉钢的1.8倍和1.2倍。采用VArD法真空处理轴承钢的疲劳寿命和电炉钢相近,没有明显提高。经RH法真空处理轴承钢的疲劳寿命之所以得到提高,是因为钢中非金属夹杂物分布弥散,夹杂物为Al和Si氧化物类型组成,并具有硫化物包围氧化物的趋势。而经VArD法真空处理的轴承钢和电炉钢非金属夹杂物分布集中并多为Al和Ca的铝酸钙类型夹杂物组成,而铝酸钙盐所形成的点状夹杂物是降低钢材疲劳寿命的主要原因。钢中非金属夹杂物至工作表面的远近直接影响钢材的疲劳寿命,距工作表面越近其疲劳寿命越低。     

水钢高效率低成本洁净钢生产

 为了把水钢建设成为精品长材生产基地,水钢炼钢厂开展了高效率低成本洁净钢生产平台建设,通过铁水预脱硫选择、转炉长寿命复吹的研究与优化、LF快速精炼及高效恒速连铸技术等集成的工艺优化,并通过对不同要求和冶炼特点的钢种选择不同生产路线,以专线化的生产模式优化了流程网络和物流动态有序运行,实现了现有钢种的高效、低成本洁净生产。实物检验结果表明:在不增加生产成本的前提下,批量生产的82B达到[wO]≤0.002%、[wS]≤0.006%和[wN]≤0.004%级别的水平,脆性氧化铝类和球状氧化物类夹杂物均得到有效控制,极少发现硅酸盐类和硫化物类夹杂物,90%以上夹杂物的尺寸在10 μm 以内,达到了较高的洁净度。     

扫描电镜和电解萃取法用于超洁净钢中夹杂物的表征

非金属夹杂物对轴承钢性能有较大危害,全面掌握钢中夹杂物的信息对提高轴承钢质量至关重要。实验采用ASPEX扫描电镜检测和水溶液电解萃取相结合的方法检测了超洁净轴承钢中夹杂物颗粒的尺寸、分布、类型、原始三维形貌等信息,并且对比了两种检测方法。结果表明,两种方法都检测出该超洁净钢中夹杂物类型包括硫化物、氧化物、硫化物和氧化物的复合型夹杂物以及钛的化合物,其中大部分夹杂物是硫化物,其次是氧化物和硫化物的复合类夹杂物,颗粒尺寸多小于5μm。这两种方法在检测夹杂物类型和尺寸方面的结果是一致的,且均可靠。在大尺寸夹杂物检测方面,两种方法都检测到大尺寸的CaO夹杂物,而电解萃取的方法进一步检测到约18μm的SiO_2·Al_2O_3复合氧化物夹杂,因此电解萃取法对于数量稀少的大尺寸夹杂物的检测更为有效和可靠。     

32Cr3MoVE轴承钢旋弯疲劳特性及裂纹萌生扩展行为

摘要：采用光滑漏斗状试样对32Cr3MoVE轴承钢进行旋转弯曲疲劳测试，研究了32Cr3MoVE轴承钢旋转弯曲疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。采用升降法测得其疲劳极限为860MPa，疲劳断口SEM观察并统计破断试样结果表明：疲劳破坏68.7%是由于非金属夹杂起裂，18.8%由表面加工缺陷起裂，125%为表面粗糙度起裂。当加载应力低于980MPa时，疲劳断裂主要是由于内部非金属夹杂引起的，高于980MPa时，疲劳断裂主要是由于表面粗糙度引起的。表面加工缺陷和表面粗糙度引起的最大应力强度因子分别为3.05和2.97MPa·m1/2，容易引发疲劳裂纹。非金属夹杂物尺寸在5.30～5.90μm范围内，局部应力从859.35MPa升至977.75MPa时，疲劳寿命从1.96×105降低到1.58×105；非金属夹杂物局部应力在840～900MPa范围内，夹杂物尺寸从2.28μm升至5.83μm时，疲劳寿命从1.10×106降低到1.96×105。     

高疲劳寿命轴承钢洁净度现状及研究进展

对比了国内外高疲劳寿命轴承钢主要杂质元素、主要夹杂物特征等冶金性能的差异，并对比了不同冶金质量下，轴承钢的疲劳性能及诱发疲劳断裂的因素，总结了国产轴承钢洁净度现状及与国外优质轴承钢的差距。在此基础上，围绕高疲劳寿命轴承钢，以进一步提高国产轴承钢质量为目的，分析梳理了国产轴承钢冶炼技术及夹杂物控制方法的发展轨迹，探讨了国产轴承钢进一步提高疲劳寿命及质量的发展方向。      

一种提高轴承钢接触疲劳寿命的精炼法

本文讨论了用三种不同冶炼工艺生产的轴承钢中氧含量、非金属夹杂物对接触疲劳寿命的影响。结果表明,用低碱度渣-吹氩处理工艺生产的轴承钢具有较高的接触疲劳寿命。该工艺已应用于生产。     

30Cr3WVE轴承钢疲劳裂纹形成与扩展行为

通过力学性能测试以及微观组织和疲劳断口形貌分析等系统研究了一种采用双真空冶炼的高洁净度轴承钢30Cr3WVE的高周旋转弯曲疲劳破坏特性及非金属夹杂物对其疲劳性能的影响。结果表明:30Cr3WVE轴承钢经870℃淬火和550℃回火后具有优异的综合力学性能,旋转弯曲疲劳极限强度达到732MPa;通过疲劳断口的SEM观察,疲劳裂纹起源于试样的表面缺陷和内部的非金属夹杂物。表面缺陷为非金属夹杂物脱落形成的凹坑和机加工留下的刀痕,内部非金属夹杂物主要为Al、Mg、Si和Ca的氧化物。夹杂物对30Cr3WVE轴承钢旋转弯曲疲劳极限强度的影响与其尺寸和至表面的距离密切相关。构建了夹杂物尺寸和分布对30Cr3WVE轴承钢旋转弯曲疲劳极限强度影响的模型,通过控制夹杂物尺寸和数量可显著提高该钢的旋转弯曲疲劳极限强度。     

武钢Consteel EAF-LF(VD)-CC工艺生产轴承钢棒材的质量控制

武钢鄂钢公司采用70 t Consteel EBT EAF-LF(VD)-CC工艺生产高碳铬轴承钢GCr15棒材。通过控制电弧炉终点碳≥0.25%和高碱度渣精炼,使[S]≤0.004%,T[O]0.000 8%～0.001 2%。检验结果表明,钢中非金属夹杂物A、B类夹杂物≤1.20级,C类夹杂物为0,D类夹杂物≤0.5级。     

高碱度精炼渣对GCr15轴承钢洁净度的影响

 利用实验室渣-钢平衡试验研究了高碱度精炼渣对GCr15轴承钢中[w(T[O])]和夹杂物的影响。结合试验结果和热力学分析,探讨了钢中[w(T[O])、]夹杂物尺寸分布和粒径大小的变化规律,以及氧化物夹杂的转变过程。研究结果表明,碱度为6时,精炼渣(59.4%CaO-24.8%Al2O3-9.8%SiO2-6%MgO)可将钢中[w(T[O])]控制在0.000 6%以内,氧化物夹杂平均尺寸最小为2.26 μm。随着钢中[w([Ca])]和[w([Mg])]的增加,钢中氧化物夹杂转变过程为Al2O3→MgO·Al2O3→MgO→CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物(核心为MgO,外围包裹着CaO-Al2O3)。渣-钢反应前期钢中以MgO·Al2O3为主,后期以MgO和CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物为主。氧化物夹杂转变的试验结果与热力学分析结果相一致,大多数氧化物夹杂尺寸小于5 μm。     

150t转炉-LF＋RH流程生产GCr15轴承钢的有害元素控制

本钢炼钢厂采用铁水脱硫-150 t转炉-LF+RH-TB精炼-350 mm×470 mm坯连铸流程生产GCr15轴承钢.通过使用优质铁水(%:0.000 2Ca、0.002 7Cu、≤0.001As、≤O.001Sn、≤0.001Sb、0.002Pb),控制铁水中[P]≤0.040%,[S]≤0.003%,转炉出钢合金化后[Ti]为12×10-6,控制LF+RH精炼过程增[Ti],LF末期[Als]0.04%等工艺措施,有效地控制GCr15轴承钢的有害元素,使成品钢[Ti]≤30×10-6,[Ca]≤8×10-6,[0]≤8×10-6,[N]≤38×10-6,[H]≤0.8×10-6,轧材低倍、夹杂物等指标均达到标准要求.     

真空脱气轴承钢的疲劳寿命及影响因素

本文介绍了滚动轴承用钢经真空脱气处理和钢包喷粉处理后的接触疲劳寿命。对钢中气体含量、非金属夹杂物含量和碳化物颗粒大小对疲劳寿命的影响进行了分析。试验结果表明:破坏概率在10％情况下,经真空脱气处理轴承钢的疲劳寿命比电炉钢平均寿命提高70％以上。钢中氧含量降至20ppm以下,较电炉钢减少55％;氮含量降至50ppm以下,较电炉钢减少29％;非金属夹杂物的大小、类型和分布状态得到了改善,稳定夹杂物有明显的降低,平均减少47％。同时对提高轴承钢疲劳寿命的原因,提出了粗浅的看法。     

安钢L360抗酸管线钢冶炼工艺控制实践

安钢在L360抗酸管线钢开发过程中,针对冶炼成分波动大、夹杂物超标、铸坯偏析严重等问题,采取相应的工艺控制措施,并取得良好的冶金效果.其中成品[C]≤0.055％、[P] ≤0.012％、[S]≤0.001％、[N]≤0.00435％、[H]≤0.0015％,钢中B类、D类非金属夹杂物控制在0.5级以下,晶粒度级别≥11.5级,无A类硫化物夹杂物存在;连铸坯中的中心偏析控制在C类0.5级以下.检验结果表明:L360抗酸管线钢成分范围、铸坯中心偏析和非金属夹杂物得到有效控制,具备了工业化批量生产条件.     

切割丝用盘条非金属夹杂物对比分析

 借助Aspex Explorer全自动分析技术对日本神户制钢和国内某钢铁厂所产切割丝用盘条的夹杂物分析检测,详细讨论氧化物夹杂的尺寸、数量密度、成分以及形态。结果表明：神户所产盘条中夹杂物数量少、横截面尺寸均在5 μm以下,存在两类夹杂物,即富SiO2的SiO2-MnO-Al2O3-(R2O,R＝Na、K)系和低熔点的CaO-SiO2-Al2O3-MnO-(MgO)系夹杂物,两类夹杂物沿轧向均能很好变形,国内某厂所产盘条中夹杂物也分为两类：SiO2-MnO-Al2O3以及CaO-SiO2-Al2O3-MnO-(MgO),夹杂物数量多,变形差且检测到横截面尺寸5 μm以上的夹杂物。盘条化学成分分析表明,神户盘条中[w([Al]s)]为0.000 4%～0.000 6%,[w(T[O])]为0.001 2%～0.001 3%,国内盘条[w([Al]s)]为0.000 5%～0.000 6%,[w(T[O])]为0.001 5%～0.001 6%。     

以抗疲劳性能提升为目标的高碳轴承钢质量改善

轴承钢制造企业不仅需要关注自身产品的检验质量,更需要关心产品在下游用户和终端用户的使用质量。疲劳寿命是轴承钢使用性能较为有效的评价指标。兴澄特钢的滚动接触疲劳(RCF)和旋转弯曲疲劳(RBF)试验结果显示,夹杂物是影响高碳轴承钢疲劳失效的主要因素,钢中夹杂物的尺寸增加和偏析引起的夹杂物在中心的偏聚,会加速轴承钢使用的疲劳失效。通过浇铸钢水过热度控制并与轻压下工艺相匹配,可以改善连铸钢中心缺陷,降低因中心缺陷遗传导致的钢材使用疲劳失效概率。通过改变中间包形状优化浇铸过程钢水的流动,减少了钢中对轴承钢疲劳破坏敏感性强的B类和DS类夹杂数量和全氧含量,也减少了夹杂物总数量,有利于提升轴承钢的疲劳寿命。通过改善轴承钢纯净度和成分均匀性提高轴承钢疲劳寿命,仍然是兴澄特钢今后很长时间内的主要工作方向。     

30tEAF（EBT）—40tLF工艺冶炼轴承钢

本文主要分析了３０ｔＥＡＦ（ＥＢＴ）－４０ｔＬＦ适合于冶炼轴承的工艺特点，对影响轴承钢接触液疲劳寿命的主要冶金质量－－氧含量及非金属夹杂物给予了工艺上的分析决措施。     

超低氧含量GCr15轴承钢夹杂物控制

通过控制夹杂物来源、优化预脱氧制度、使用高碱度精炼渣系、夹杂物变性控制、优化软吹工艺以及严格保护浇注等措施,西王特钢实现了超低氧轴承钢的冶炼。T[O]≤8×10~(-6),B类夹杂物粗系0~0.5级,细系0~1.0级,D类夹杂物粗系0~0.5级,细系0~0.5级。     

国内外轴承钢材质与接触疲劳寿命的研究

对国内外七个厂(公司)的GCr15型轴承钢进行材质与接触疲劳寿命对比试验的结果表明:我国目前从国外进口的各国轴承钢,以瑞典SKF、日本山阳和高周波公司钢材的接触疲劳寿命最好,西班牙CAVEXSA最差。其中SKF热轧料的额定寿命L10比CAVEXSA高46.2％;热轧退火和冷拔材的额定寿命L10,高周波比CAVEXSA要高1.14倍。西德TEW和意大利BOLZANO钢材疲劳寿命水平一般。各国钢材冶金质量的状况与上述的接触疲劳寿命试验结果是相应一致的。国产GCr15钢的接触疲劳寿命同国外相比,其L10和L50寿命接近或略低于SKF、高周波和山阳公司的进口材水平,而超过TEW,BOLZANO、CAVEXSA进口钢材。但国产热轧材疲劳寿命的稳定性较差。国产GCr15钢的纯洁度较好。钢中稳定夹杂物的总量与国外SKF、高周波、山阳等进口材相近。但国产材的非金属夹杂物颗粒较大、分布集中,并含有较多的复合夹杂。而进口的SKF钢材中,仅含有Al_2O_3和硫化物,且钢中稳定夹杂物的总量和氧含量是最低的。而硫化物夹杂的总量国产材最少,SKF最多。国产钢材退火组织中的碳化物粒度、形态和分布,与国外SKF、高周波、山阳等钢材相比,碳化物颗粒较大,大小和分布不均。     

冶金纯度对轴承钢接触疲劳的影响与控制

综述残余元素，有害元素以及不同类型的非金属夹杂物对轴承钢接触疲劳性能的影响及其在冶金过程中的控制。     

重轨钢的洁净度控制技术

通过采用无铝脱氧工艺,即合适的终脱氧剂和精炼造渣工艺降低钢水氧活度和全氧含量,采用VD真空强化脱气工艺降低钢中氢、氮含量,采用优质耐火材料并严格工艺操作防止大型夹杂物的带入,采用全程保护浇注和中间包冶金技术防止钢水二次氧化和促使钢中夹杂物上浮排除;生产出了w[Al]≤0.004%,w[O]T≤0.002 0%,w[H]≤0.00015%,非金属夹杂物类别中A级不高于2.5级,B、C、D级不高于1.5级的高速铁路用钢.