PTR改性技术在轴承钢中的应用

作者：刘东、王建国、罗远

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国防科技工业精密锻****中心

摘 要：

本文在简要分析国内外轴承钢生产技术发展现状的基础上，介绍了****近年来研发的强力旋轧（Power Torsional Rolling,简称PTR）改性技术的原理，及其在轴承钢碳化物尺寸、分布调控方面的部分研究结果。结果表明：与传统成形方法相比，PTR改性技术由于可以在三个方向上获得均匀充分变形，尤其是增大了扭转变形量，可以获得更加理想的轴承钢碳化物调控效果。PTR改性技术流程短、效率高、材料利用率和产品批次稳定性更加优越，更适合轴承套圈这类大批量生产的零件成形。

一、前言

轴承钢的质量往往直接决定了轴承产品的最终使用性能，因此，先进轴承钢生产技术的研发与应用始终受到世界各国的高度关注。轴承钢作为特殊钢中最具代表性的钢种，是目前生产难度最大，质量要求最为苛刻的特殊钢种之一。轴承钢稳定生产的质量水平在很大程度上代表了钢铁企业高品质特殊钢的生产技术能力和综合管理水平。我国轴承钢产量已连续十余年位居世界第一。尤其是近年来，随着综合国力和冶金技术水平的提升，我国轴承钢的质量更是有了长足进步。国内轴承钢骨干企业陆续引进和建设了具有当前先进水平的轴承钢生产线，使用的硬件条件和生产工艺已接近或达到国际先进水平。国内大型轴承钢企业已普遍采用EAF-LF-VD-IC/CC等先进工艺和装备。国产优质轴承钢在氧含量、夹杂物和偏析控制等方面已经与国外没有明显差距。部分钢企的轴承钢产品也已经获得国际著名轴承企业如SKF、NSK、FAG等的认证，并取得了一定市场份额。

国内外轴承钢生产技术的发展，始终围绕提高纯净度和均质化程度两个方面。有研究表明：轴承钢的接触疲劳寿命L10与单位体积内的夹杂物长度存在负指数关系。而夹杂物的含量又与钢中的氧含量密切相关。氧含量越高，夹杂物含量也越高，接触疲劳寿命就低。因此，轴承钢的冶金质量不仅体现在夹杂物的含量、尺寸和分布控制上，而且体现在O、S、P、Ti等元素含量的控制上。国外真空脱气轴承钢的氧含量已经可以稳定控制在5ppm水平，夹杂物最大尺寸 11 m。国内优质轴承钢也达到了类似指标。随着轴承钢纯净度的不断提高，碳化物的含量、尺寸和分布已经逐渐成为影响轴承钢寿命和可靠性继续提升的关键因素。应该指出，针对国内外轴承钢生产技术的发展现状，在氧含量、夹杂物和偏析控制等问题得到相对有效地解决之后，碳化物调控已成为目前国内外轴承钢先进生产技术研发所面临的关键问题和重要方向。本文在简要分析国内外轴承钢生产技术发展现状的基础上，介绍了****近年来研发的强力旋轧（Power Torsional Rolling,简称PTR）改性技术的原理，及其在轴承钢碳化物尺寸、分布调控方面的部分研究结果。

二、轴承钢质量提升的关键问题

一般认为，轴承钢冶金质量的典型指标主要包括5个方面：①氧含量；②夹杂物含量、尺寸和分布；③碳化物含量、尺寸和分布；④疏松和偏析；⑤各向同性程度和性能稳定性。

由于大尺寸氧化物是非金属夹杂中对轴承钢疲劳寿命影响最大的缺陷，同时，钢中的氧元素又具有氧致析出效应，因此对于轴承钢，尤其是高碳铬轴承钢，全氧含量是评价其纯净度的一个重要指标，由溶解氧含量和氧化物氧含量两部分组成。降低钢中的全氧含量能够大幅度提高轴承钢的疲劳寿命和可靠性。因此，在轴承钢生产技术的发展中，全氧含量甚至被认为是技术划代的主要依据。尤其以瑞典SKF和日本**特钢最具代表性。其生产轴承钢的全氧含量由钢包脱气时代的30-50ppm发展到目前采用SNRP法的4-6ppm，疲劳寿命L10提高了约30倍，对整个世界轴承钢生产技术的发展产生了重要影响。同时，当全氧含量降低到5ppm水平以后，继续降低氧含量所获得的性能提升的收益已不明显，但却会导致生产成本的明显增加，所以随后世界各国的轴承钢氧含量一直维持相对稳定的水平，未再发生明显变化。

大量研究表明，轴承两大失效形式之一的疲劳剥落，往往与钢中的夹杂物密切相关，其中又以B类、D类、DS类夹杂物的影响最为显著。因此，夹杂物的含量、尺寸和分布控制水平是衡量轴承钢质量的又一个重要指标。为了理想的获得夹杂物控制效果，国外先进轴承钢企业针对不同