轴承钢锻轧(forging and rolling of bearing steel)

将轴承钢钢锭加热后经初轧或锻压开坯并轧制成材的工艺过程。轴承工作时，轴承的滚动体与轴承套圈的接触面积很小，同时由于轴承套圈的不断转动，工作面承受着很高的、局部集中的、周期性的负荷：接触面上受压力，周边受拉力。轴承的不断转动会导致疲劳裂纹的出现，进而导致轴承的报废。同时，滚动体在套圈的滚道中不仅高速转动而且还有滑动，因此会产生很大的磨损。大气和润滑剂对轴承钢有一定的腐蚀作用。因此轴承钢应具备高的屈服强度和高而均匀的硬度、高的耐磨性能、高的疲劳强度、一定的韧性和在大气及润滑剂中一定的抗腐蚀能力。

特点 根据生产和使用轴承钢的实践，中国按化学成分和钢的特性将轴承钢划分为高碳铬轴承钢、无铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢及中、高温轴承钢5大类。后3类虽用于制作轴承，但应分属于碳素钢、不锈钢或耐热钢钢种；无铬轴承钢属于研制中的钢种，使用不多，因此轴承钢以高碳铬轴承钢为主。

为了达到所要求的性能，对轴承钢的化学成分、内部组织、非金属夹杂的数量、形状和分布、碳化物分布、脱碳等都有十分严格的规定。在特殊钢中对夹杂物、气体、碳化物偏析的要求以轴承钢为最严格。

轴承钢锻轧加工的原料为钢锭或连铸坯，一般不需要采用锻压开坯，除非没有合适的开坯机。大型钢材采用锻压加工方法，即利用锻锤、水压机等加工成为锻材。大部分轴承钢热轧成圆钢及钢管，有少量的板材及线材。线材及管材可进一步冷拔成为钢丝及钢管。热轧管材也可通过冷轧成为冷轧管。

热轧过程中除了要达到所要求的形状及表面质量外，还要控制内部组织，包括防止脱碳和改善碳化物偏析。轴承钢的碳化物偏析严重，其种类有液析(共晶)碳化物、带状碳化物及网状碳化物，它们代表了各种碳化物的偏析。

高碳铬轴承钢塑性较好，尤其在900～1200℃时；超过1200℃时则会由于过烧而降低塑性。高碳铬轴承钢的变形抗力略高于低碳钢，宽展量为含碳0．1％的低碳钢的1．2倍。从以上特点来看，高碳铬轴承钢的轧制工艺与一般碳钢大致相同。钢锭初轧开坯或连铸后进行坯料的表面清理、再加热、轧制以及冷却，其加热及冷却条件与碳钢相比有如下一些特点。

钢锭热轧开坯时容易形成鸟巢裂口，这是由钢锭浇注后冷却速度过快、加热时在低温段加热速度过快或高温段加热温度过高以及高碳铬轴承钢导热性较差造成的。

轴承钢在凝固时会产生严重的枝晶偏析，在枝晶问形成许多富碳和铬的高浓度小区域，特别是钢锭中心部分，形成共晶碳化物，即液析碳化物。轧制时，液析碳化物沿轧向分布，在显微镜下观察时呈白亮的不规则角状的破碎小块。这种液析碳化物强度高而且脆性大。偏析还容易导致带状碳化物的形成，但未达到共晶成分。轧制过程中碳化物只能被拉长成条带状分布，无法被消除。

铬轴承钢的碳含量高，常达到过共析成分，在轧后冷却过程中碳化物沿着原奥氏体晶界析出，形成网状。网状碳化物的形成与热加工工艺制度有关，也与钢的化学成分和钢锭中碳化物偏析有关。这种钢有形成白点的倾向而且容易脱碳。

措施 根据上述特点，轴承钢的锻轧工艺应采取以下相应的措施：

(1)钢锭形状及重量对于夹杂物等的影响较大。大钢锭因凝固时间延长而导致晶粒粗大并促使莱氏体共晶区发展。由于铬、碳和其他元素含量的增加及锭重增加，钢锭凝固时收缩产生的应力加大，容易产生鸟巢裂口。因此钢锭最好能热送，不能热送时需进行退火处理。

(2)钢坯表面清理可采用风铲、火焰及砂轮。但钢坯火焰清理时应预热。(见表面缺陷清理)

(3)钢锭加热时主要考虑使碳化物均匀化，包括液析，最好能在1160～1200℃长期停留，这样可消除碳化物不均，但温度过高时，会产生过烧。

(4)有时为了消除液析碳化物及防止带状碳化物生成，对钢锭进行高温扩散退火。

(5)低于500～600℃加热时要放慢加热速度，900℃以上可加快加热速度。

(6)为了避免白点产生，轧后一般在600～250℃采用缓冷，小坯料可采用堆冷。

(7)钢坯加热时为了减少脱碳应减少加热时间和尽可能降低加热温度。但加热温度低及加热时间短对进一步降低带状碳化物级别不利，应综合考虑。

(8)轧制温度制度和轧后冷却制度对轴承钢加工后的组织有很大影响，加工终了温度越高，网状碳化物越严重，珠光体片层越厚。为了避免这种现象，可采用低温轧制及高温轧制后快速冷却。

新工艺 轴承钢轧制后的交货状态，要求有好的球化组织。为了得到这种组织并缩短球化退火时间，采用以下几种新工艺：

(1)奥氏体单相区和奥氏体与二次碳化物两相区的控制轧制工艺(见两相区控轧)。钢坯加热到1030～1200℃达到保温时间后，高温快速轧制。细化奥氏体晶粒。在部分再结晶区轧制一定道次后，尽快在未再结晶区范围内轧制1～3道次，然后快速冷却至奥氏体与碳化物两相区轧制1～3道次。低温两相区终轧工艺主要能细化网状碳化物，对于球化退火有利。但这种在低温下轧制的工艺，变形抗力大，有些旧轧机的设备能力不足。

(2)等温轧制。将坯料加热到1100℃，然后在完全再结晶区轧制多道次以细化奥氏体晶粒。接着快冷到800～720℃进行等温轧制，变形量为50％～60％；随后在780℃保温半小时，以40～60℃／h的冷却速度到650℃，然后空冷，所得到组织能满足球化退火的要求。

(3)控制轧制和控制冷却工艺。热轧轴承钢比较理想的组织状态是均匀细小的珠光体或索氏体，片层间距小，不形成或具有轻微的网状碳化物。如能得到退火珠光体，则对球化更为有利。根据这种组织要求，有以下几种控制轧制及控制冷却的组合：

1)高温再结晶控轧与轧后快速冷却工艺。将钢坯加热到1030～1200℃保温，在高温完全再结晶区细化奥氏体晶粒，然后快冷以防止或减少网状碳化物形成和降低珠光体转变温度，使片层间距减少，并在450℃左右停止快冷，进行空冷。

2)高温再结晶控轧和未再结晶区控轧与轧后快冷相结合。特点是在高温再结晶区轧制后，在部分再结晶区进行中间待温或快冷，然后在未再结晶区轧制，接着快速冷却。

3)高温再结晶型及未再结晶型与两相区轧制。

以上几种工艺都可以同快速球化退火相衔接。