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型号对照
轴承钢显微孔隙缺陷产生原因及预防措施的探讨
2009-02-13 1.前言
轴承是机械行业的重要基础性部件，其工作特点是承受强冲击和交变载荷，其损坏的主要原因是微小裂纹的扩展。因此，内部组织的均匀与致密是十分重要的。
轴承钢内部组织缺陷是形成微裂纹的主要原因，除常见的液析、带状等缺陷外，显微孔隙也是一种缺陷，它会破坏轴承钢基体的连续性与致密性。根据YB9-68技术条件，显微孔隙为供需双方协议项目，但随着顾客对钢材质量要求的加严，从91年起，特钢开始出现轴承钢显微孔隙质量疑议，显微孔隙主要出现在∮70-120规格。即650分厂产材部分。 ( 特钢公司可产轴承钢∮25-180，其中∮25-65为300分厂产材，∮70-120为650分厂产材，∮125-180为锻钢产材。650分厂设备概况是：有三座三段连续式加热炉，650＊3横列式轧机一套，以及相应的剪切、包装设备。)
因此，从92年起，对显微孔隙进行考核。92年合格率为92.9%，650分厂一次合格率为86.85%，因显微孔隙造成的改制品为671吨；为此特钢公司于93年成立了攻关组，通过开展一系列的工作，对轴承钢显微孔隙的产生原因有了一定认识，通过采取相应措施，96年合格率达到99.09%，650分厂一次合格率达到96.69%，因显微孔隙造成的改制品量降为68吨，显微孔隙缺陷基本得到控制。
2.显微孔隙的形貌与特征
显微孔隙从金相检验图片上看，是沿晶界断续形成不规则形状的裂纹或孔隙，显微孔隙缺陷区大都出现于钢材的中心部位，沿轧制方向呈现条带状分布，经分析[1]缺陷区有碳化物偏析，局部区域出现大块碳化物堆积现象，氧化物夹杂的分布与显微孔隙形貌相吻合。
3.钢材产生显微孔隙的统计规律
3.1不同规格钢材显微孔隙分布规律
轴承是机械行业的重要基础性部件，其工作特点是承受强冲击和交变载荷，其损坏的主要原因是微小裂纹的扩展。因此，内部组织的均匀与致密是十分重要的。
轴承钢内部组织缺陷是形成微裂纹的主要原因，除常见的液析、带状等缺陷外，显微孔隙也是一种缺陷，它会破坏轴承钢基体的连续性与致密性。根据YB9-68技术条件，显微孔隙为供需双方协议项目，但随着顾客对钢材质量要求的加严，从91年起，特钢开始出现轴承钢显微孔隙质量疑议，显微孔隙主要出现在∮70-120规格。即650分厂产材部分。 ( 特钢公司可产轴承钢∮25-180，其中∮25-65为300分厂产材，∮70-120为650分厂产材，∮125-180为锻钢产材。650分厂设备概况是：有三座三段连续式加热炉，650＊3横列式轧机一套，以及相应的剪切、包装设备。)
因此，从92年起，对显微孔隙进行考核。92年合格率为92.9%，650分厂一次合格率为86.85%，因显微孔隙造成的改制品为671吨；为此特钢公司于93年成立了攻关组，通过开展一系列的工作，对轴承钢显微孔隙的产生原因有了一定认识，通过采取相应措施，96年合格率达到99.09%，650分厂一次合格率达到96.69%，因显微孔隙造成的改制品量降为68吨，显微孔隙缺陷基本得到控制。
2.显微孔隙的形貌与特征
显微孔隙从金相检验图片上看，是沿晶界断续形成不规则形状的裂纹或孔隙，显微孔隙缺陷区大都出现于钢材的中心部位，沿轧制方向呈现条带状分布，经分析[1]缺陷区有碳化物偏析，局部区域出现大块碳化物堆积现象，氧化物夹杂的分布与显微孔隙形貌相吻合。
3.钢材产生显微孔隙的统计规律
3.1不同规格钢材显微孔隙分布规律
表1
从表1中看出，显微孔隙主要出现在650分厂，占总量的80% 。
3.2 纤维孔隙与液析之间关系的统计数据
3.2 纤维孔隙与液析之间关系的统计数据
表2
从表2 中可看出，液析与显微孔隙基本不同时出现。
3.3 不同加工工艺对比
3.3.1轧制与锻制工艺对比
3.3 不同加工工艺对比
3.3.1轧制与锻制工艺对比
表3
3.3.2不同预备方对比
表4
4.显微孔隙产生的原因分析
4.1 显微孔隙形成原理分析
轴承钢含碳量在1.0左右，是过共析钢。浇铸时一次碳化物(Fe3C)产生支晶偏析。在轧钢车间进行加热过程中，碳化物如不能溶解扩散，在钢材上即产生液析，但如果加热温度过高，扩散时间过长，碳化物即熔化或消失留下孔洞甚至产生内烧[2]，孔洞如果在以后的轧制过程中不能焊合，即形成显微孔隙。
显微孔隙和液析是对立的，基本不同时出现，从表2数据看,在总量262炉不合中,只有1炉两者同时出现,也说明此问题。
4.2 加工车间与显微孔隙形成相关工艺参数分析
在加工车间，加热温度、出钢速度和轧制工艺道次变形量与显微孔隙形成有关。
①加热温度对显微孔隙的影响
加热温度的高低，直接影响碳化物能否顺利扩散或是否产生过烧，因此，合理的加热温度是必要的，从统计数据看，产生显微孔隙的炉号，加热温度偏高，仪表显示温度为1270-1295℃,这样钢锭的实际温度为1220-1240℃。根据资料[3]和技术规程[4]，轴承钢合理的加热温度为1180-1220℃，当温度偏高时，容易产生碳化物熔化或内烧[2]，因此，实际生产温度应按中下制控制，即控制在1180-1200℃范围内。对应的仪表显示温度为1230-1250℃(温度过低不利于碳化物扩散和液析的消除)。
②出钢速度与显微孔隙的关系
控制出钢速度实际上是控制钢锭加热时间和钢锭内外透烧、组织一至性。轴承钢钢锭扩散时间为2.5小时，对应的出钢速度为45支/小时[4]。出钢速度因为与诸多因素相关，不适宜做大的调整。
③轧制工艺对显微孔隙的影响
从统计数据表1看，∮70-120规格钢材显微孔隙出现几率Z高占80.45%，而∮100-120即大于50%，同规格∮120轴承钢轧制与锻制对比实验看表3，锻造状态不易出现显微孔隙，轧制状态容易出现显微孔隙。这是因为∮100-120组距为轧制规格极限，大于∮120为锻材。因轧制状态下的应力状态是两拉一压[5]，形变不易渗透到中心部位，焊合作用相对较小，因而易形成显微孔隙；而在段造状态下，因应力状态是三向压应力[5]，变形易渗透到中心部位，焊合作用相对较大，因而不易形成显微孔隙。
因此，改进∮100-120规格心部变形的应力状态，加大变形量，均可变形渗透到中心，加大焊合作用从而减少或消除显微孔隙。
考虑锻造作业率较低，因此如通过改进轧制道次变形量分配的方法，适度加大某道次压下率，也可以使变形渗透到中心部位，增强焊合作用，为此也进行了工艺实验，即将650轧机一架入二架预备方由120改为140，加大此道次变形量，试验结果见表4、表5：
4.1 显微孔隙形成原理分析
轴承钢含碳量在1.0左右，是过共析钢。浇铸时一次碳化物(Fe3C)产生支晶偏析。在轧钢车间进行加热过程中，碳化物如不能溶解扩散，在钢材上即产生液析，但如果加热温度过高，扩散时间过长，碳化物即熔化或消失留下孔洞甚至产生内烧[2]，孔洞如果在以后的轧制过程中不能焊合，即形成显微孔隙。
显微孔隙和液析是对立的，基本不同时出现，从表2数据看,在总量262炉不合中,只有1炉两者同时出现,也说明此问题。
4.2 加工车间与显微孔隙形成相关工艺参数分析
在加工车间，加热温度、出钢速度和轧制工艺道次变形量与显微孔隙形成有关。
①加热温度对显微孔隙的影响
加热温度的高低，直接影响碳化物能否顺利扩散或是否产生过烧，因此，合理的加热温度是必要的，从统计数据看，产生显微孔隙的炉号，加热温度偏高，仪表显示温度为1270-1295℃,这样钢锭的实际温度为1220-1240℃。根据资料[3]和技术规程[4]，轴承钢合理的加热温度为1180-1220℃，当温度偏高时，容易产生碳化物熔化或内烧[2]，因此，实际生产温度应按中下制控制，即控制在1180-1200℃范围内。对应的仪表显示温度为1230-1250℃(温度过低不利于碳化物扩散和液析的消除)。
②出钢速度与显微孔隙的关系
控制出钢速度实际上是控制钢锭加热时间和钢锭内外透烧、组织一至性。轴承钢钢锭扩散时间为2.5小时，对应的出钢速度为45支/小时[4]。出钢速度因为与诸多因素相关，不适宜做大的调整。
③轧制工艺对显微孔隙的影响
从统计数据表1看，∮70-120规格钢材显微孔隙出现几率Z高占80.45%，而∮100-120即大于50%，同规格∮120轴承钢轧制与锻制对比实验看表3，锻造状态不易出现显微孔隙，轧制状态容易出现显微孔隙。这是因为∮100-120组距为轧制规格极限，大于∮120为锻材。因轧制状态下的应力状态是两拉一压[5]，形变不易渗透到中心部位，焊合作用相对较小，因而易形成显微孔隙；而在段造状态下，因应力状态是三向压应力[5]，变形易渗透到中心部位，焊合作用相对较大，因而不易形成显微孔隙。
因此，改进∮100-120规格心部变形的应力状态，加大变形量，均可变形渗透到中心，加大焊合作用从而减少或消除显微孔隙。
考虑锻造作业率较低，因此如通过改进轧制道次变形量分配的方法，适度加大某道次压下率，也可以使变形渗透到中心部位，增强焊合作用，为此也进行了工艺实验，即将650轧机一架入二架预备方由120改为140，加大此道次变形量，试验结果见表4、表5：
表5
从实验看，一次合格率明显提高，说明采用加大预备方的方法是可行的。
5.显微孔隙的预防与消除措施
结合显微空隙形成原因分析，在加工车间采取如下措施可以预防和消除显微孔隙：
①控制加热温度：轴承钢钢锭的加热温度按工艺规程中下限控制即1180-1200℃炉内气氛的温度为1230-1250℃。
②控制出钢速度：出钢速度控制在45支/小时,控制扩散时间在2.5小时左右。
③改进轧制工艺：改一架入二架预备方由120为140。
6.消除显微孔隙措施实施的效果
经采取以上措施，650分厂轴承钢显微孔隙出现率基本得到控制,统计结果如下：
①控制加热温度：轴承钢钢锭的加热温度按工艺规程中下限控制即1180-1200℃炉内气氛的温度为1230-1250℃。
②控制出钢速度：出钢速度控制在45支/小时,控制扩散时间在2.5小时左右。
③改进轧制工艺：改一架入二架预备方由120为140。
6.消除显微孔隙措施实施的效果
经采取以上措施，650分厂轴承钢显微孔隙出现率基本得到控制,统计结果如下：
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7.结论
①加热温度过高，是产生显微孔隙的重要原因，合理的加热温度为1180-1200℃。
②控制出钢速度可以有效控制钢锭加热时间和钢锭内外透烧、组织一至性，防止显微孔隙的出现。
③改进加工过程心部应力状态，加大变形量，均可使变形渗透到中心，加大焊合作用从而减少或消除显微孔隙。（作者：孟庆武，朱锦，本溪钢铁集团公司）
①加热温度过高，是产生显微孔隙的重要原因，合理的加热温度为1180-1200℃。
②控制出钢速度可以有效控制钢锭加热时间和钢锭内外透烧、组织一至性，防止显微孔隙的出现。
③改进加工过程心部应力状态，加大变形量，均可使变形渗透到中心，加大焊合作用从而减少或消除显微孔隙。（作者：孟庆武，朱锦，本溪钢铁集团公司）
