李海龍

　　摘　要：本文通過(guò)對(duì)軸承鋼裂紋質(zhì)量問(wèn)題的研究，應(yīng)用《金屬學(xué)》理論闡述了問(wèn)題成因，從宏觀形貌到微觀本質(zhì)作了較客觀的論述，并從夾雜物、氧含量等冶金參數(shù)對(duì)軸承鋼裂紋質(zhì)量問(wèn)題的影響程度等問(wèn)題作了初步的分析，提出了控制和改進(jìn)措施，提出了改進(jìn)軸承鋼質(zhì)量的方法和途經(jīng)。
　　關(guān)鍵詞：軸承鋼；裂紋；質(zhì)量；研究
　　前言
　　1.1軸承鋼的發(fā)展應(yīng)用
　　軸承鋼是機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)中不可缺少的重要部件用鋼。從家用自行車(chē)、摩托車(chē)、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、各種機(jī)床、農(nóng)用機(jī)具、汽車(chē)、輪船等，都離不開(kāi)軸承鋼。所以多少年來(lái)，軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量影響因素的研究，尤其是軸承鋼裂紋質(zhì)量問(wèn)題的影響程度，是一個(gè)持久不衰的課題。軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的重要性，已經(jīng)引起世界各國(guó)的高度重視。

　　1.2我國(guó)軸承工業(yè)現(xiàn)狀
　　我國(guó)稍具規(guī)模的軸承廠由上個(gè)世紀(jì)九十年代的800余家，發(fā)展到今天的2000余家，年生產(chǎn)規(guī)模在3億套以上。生產(chǎn)的軸承外徑Z小至1毫米，Z大至5.7米。可分為微型、小型、中型、大型和特大型等9000多個(gè)型號(hào)。隨著我國(guó)軸承工業(yè)的發(fā)展，軸承鋼的產(chǎn)量日趨增加。

　　1.3軸承鋼質(zhì)量狀況調(diào)查
　　以北滿特鋼為例，幾經(jīng)技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了連續(xù)交叉軋制，其工藝成熟，多項(xiàng)品種獲過(guò)國(guó)家和省級(jí)優(yōu)質(zhì)獎(jiǎng)項(xiàng)。軸承鋼作為其生產(chǎn)的品種，質(zhì)量狀況具有典型的代表意義。

　　下面對(duì)北滿特鋼軋鋼廠2014年7月以來(lái)的軸承鋼裂紋不合格品作了統(tǒng)計(jì)：

　　從以上指標(biāo)可以看出：平均控制水平逐期提高，廢品減少。質(zhì)量波動(dòng)減小，趨于平穩(wěn)。這說(shuō)明北滿特鋼在軸承鋼質(zhì)量的控制上思路是正確的，措施是得力的。
　　1.4北滿特鋼軸承鋼主要質(zhì)量問(wèn)題及控制手段
　　二、軸承鋼坯、材質(zhì)量問(wèn)題成因分析
　　軸承鋼坯材裂紋質(zhì)量問(wèn)題成因是一個(gè)多元函數(shù)。裂紋形態(tài)不同，形成原因肯定是不同的。經(jīng)過(guò)分析表明：通常是幾種因素共同作用的結(jié)果，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在同一個(gè)鋼坯或鋼材表面幾種缺陷共存，由此看出形成原因就更復(fù)雜了。綜上所述針對(duì)軸承鋼坯、材質(zhì)量問(wèn)題成因分析，得出以下幾種可能因素和環(huán)節(jié)作一綜合性分析。

　　1、氧化物對(duì)軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的影響
　　鋼包噴吹工藝是利用載氣將Si-Ca粉狀物質(zhì)直接吹入鋼包中，迅速加快鋼水反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，有利于夾雜物的上浮和排除，可以明顯的降低鋼中的氧、硫含量和夾雜物的含量，提高鋼的綜合性能和使用壽命。

　　鋼中夾雜物是一種脆性相，其體積分?jǐn)?shù)fv愈高，韌性愈低，夾雜物的尺寸愈大，韌性下降的愈快。對(duì)于解理斷裂的韌性而言，夾雜物的尺寸愈細(xì)小，夾雜物的間距愈小，則韌性不但不下降，反而提高。因?yàn)榫?nèi)脆性相如果排列較密，則可縮短位錯(cuò)堆塞距離，使解理斷裂不易發(fā)生，從而可以提高解理斷裂強(qiáng)度，也可阻止斷裂伸展，并使斷裂尺寸限于顆粒間距而提高解理斷裂強(qiáng)度。這些提高韌性的因素也必然是延長(zhǎng)壽命的原因。

　　2、硫化物對(duì)軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的影響
　　鋼中的硫化物幾乎全部以硫化物形態(tài)存在。凡鋼中的硫含量增高，則鋼中的化合硫相應(yīng)增高，但因硫化物能很好的包圍在氧化物的周?chē)瑴p少了氧化物對(duì)疲勞壽命的影響。

　　硫化物具有較低的熔點(diǎn)，當(dāng)鋼凝固時(shí)，就附著在多角形的氧化物夾雜的表面，特別是棱角處，形成氧化物---硫化物共生夾雜物。因此硫含量適當(dāng)?shù)奶岣撸黾友趸锉涣蚧锇鼑臋C(jī)會(huì)，導(dǎo)致共生夾雜數(shù)量增多。當(dāng)熱加工時(shí)，這種共生夾雜物與基體之間造成一個(gè)平滑的內(nèi)表面，它的應(yīng)力集中傾向比脆性棱角形氧化物低。同時(shí)由于硫化物的膨脹系數(shù)大，不易出現(xiàn)拉應(yīng)力，被硫化物包圍的氧化物與基體之間的應(yīng)力也是很低的。當(dāng)硫化物-氧化物共生時(shí)，即使硫化物夾雜體積比氧化物大或小，基體中的殘余應(yīng)力比起沒(méi)有同硫化物結(jié)合的來(lái)說(shuō)，在程度上有所減輕。殘余應(yīng)力本身是不足以引起疲勞的，但遇到存在的氧化物夾雜，應(yīng)力就會(huì)加強(qiáng)，氧化物被應(yīng)力所包圍，再加上任何外加的應(yīng)力，使應(yīng)力強(qiáng)化到某種程度，結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)生疲勞裂紋。所以外部應(yīng)力是破壞的直接原因，而夾雜是內(nèi)因，這兩者的應(yīng)力場(chǎng)將使材料更加經(jīng)不住外來(lái)的應(yīng)力。當(dāng)硫化物與氧化物共生時(shí)，則殘余應(yīng)力較低，壓應(yīng)力的作用也小，這將阻礙裂紋的發(fā)生，材料也就增強(qiáng)了抵抗外來(lái)應(yīng)力的能力，提高材料的疲勞壽命。

　　3、氧含量對(duì)軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的影響
　　軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的綜合標(biāo)志就是疲勞壽命，材質(zhì)的優(yōu)劣對(duì)軸承鋼壽命影響Z大，鋼中氧含量是影響材質(zhì)的重要因素。鋼中氧含量越低，則其純潔度越高，相對(duì)應(yīng)的額定壽命就越長(zhǎng)。

　　真空脫氧工藝降低了氧含量，仍未起到大幅度提高軸承鋼疲勞壽命的作用。雖然真空脫氧工藝降低了氧含量，但在氧化物夾雜量降低以后，多余的硫化物又成為影響鋼材疲勞壽命的不利因素。只有同時(shí)降低氧化物含量、硫化物含量，才能充分挖掘材質(zhì)潛力，大幅度提高軸承鋼的疲勞壽命。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：噴粉精煉工藝之所以取得比電爐工藝成倍的提高材質(zhì)的使用壽命，關(guān)鍵在于噴粉工藝通過(guò)噴吹裝置吹入粉狀物質(zhì)，大大加速反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，有利于夾物物細(xì)化和上浮，提高了材質(zhì)的純潔度。

　　4、超級(jí)白點(diǎn)對(duì)軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的影響
　　白點(diǎn)是軸承鋼中常見(jiàn)的一種冶金缺陷，關(guān)于對(duì)白點(diǎn)的研究在全國(guó)冶金界一直受到普遍的重視。本文通過(guò)應(yīng)用酸浸低倍、段口檢驗(yàn)、金相及掃描電鏡觀察分析等手段，弄清了GCr15鋼超級(jí)白點(diǎn)缺陷的本質(zhì)和成因，認(rèn)為超級(jí)白點(diǎn)是導(dǎo)致鋼坯異常脆斷的內(nèi)在因素。
　　白點(diǎn)的微觀特征是研究白點(diǎn)形成機(jī)理的有效方法。研究指出：對(duì)軸承鋼而言：白點(diǎn)的微觀形態(tài)和熱處理狀態(tài)有關(guān)，調(diào)質(zhì)狀態(tài)的GCr15鋼基體為索氏體，其宏觀基體斷口為細(xì)瓷狀，白點(diǎn)為粗晶銀白色亮斑。掃描電鏡觀察瓷狀斷口的微觀形態(tài)為準(zhǔn)解理斷裂，而白點(diǎn)為粗大的沿晶斷口。觀察可見(jiàn)：白點(diǎn)斷口的晶粒粗大，尺寸約在0.1-0.2UM之間，是其基本晶粒的10倍多，白點(diǎn)和基體之間有明顯的邊界和二次裂紋。如果白點(diǎn)裂紋與斷口垂直，那么在斷口上看到的就是一條沿晶裂紋，由于晶粒粗大而又沿晶擴(kuò)展，所以裂紋呈鋸齒狀。觀察結(jié)果表明：白點(diǎn)裂紋的晶界面呈現(xiàn)精細(xì)條紋狀特征。X射線顯示儀已經(jīng)證明：這種精細(xì)條紋是滲碳體。經(jīng)高溫處理后，晶界的滲碳體可以固溶到基體中。在白點(diǎn)區(qū)也可看到沿晶波紋狀、層片狀及橢圓形長(zhǎng)條形顯微孔隙。由此可見(jiàn)：白點(diǎn)形成裂紋核主要是鋼中存在的原始空隙，在軋后的冷卻過(guò)程中，通過(guò)氫原子的擴(kuò)散輸運(yùn)的富集，就有可能首先從這里向基體中擴(kuò)展而產(chǎn)生白點(diǎn)斷裂。充氫的顯微孔隙雖不是白點(diǎn)裂紋，卻是白點(diǎn)裂紋核，值得著重指出的是沿晶滲碳體精細(xì)條紋造成在晶界上存在顯微孔細(xì)。所以說(shuō)晶界本身也是白點(diǎn)裂紋核，軸承鋼白點(diǎn)表現(xiàn)了獨(dú)特的沿晶裂紋特征。在雨季冶煉的GCr15軸承鋼氣體含量之高，已經(jīng)使得軋后緩冷等消除白點(diǎn)的工藝措施失去意義。由于鋼中的氫氣含量較高，在冷卻時(shí)，當(dāng)氫原子發(fā)生分子狀態(tài)的聚集后，一些未被軋合的充氫顯微孔隙使鋼局部的壓力增加，白點(diǎn)區(qū)晶粒尺寸和基體區(qū)的較大差別在冷卻時(shí)也將產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力，助長(zhǎng)了白點(diǎn)裂紋的擴(kuò)展，隨著時(shí)間的增加，白點(diǎn)繼續(xù)的緩慢長(zhǎng)大，甚至于有的白點(diǎn)在鋼中相連接，發(fā)生了各種情況的異常斷裂現(xiàn)象。