李海龙

　　摘　要：本文通过对轴承钢裂纹质量问题的研究，应用《金属学》理论阐述了问题成因，从宏观形貌到微观本质作了较客观的论述，并从夹杂物、氧含量等冶金参数对轴承钢裂纹质量问题的影响程度等问题作了初步的分析，提出了控制和改进措施，提出了改进轴承钢质量的方法和途经。
　　关键词：轴承钢；裂纹；质量；研究
　　前言
　　1.1轴承钢的发展应用
　　轴承钢是机械动力系统中不可缺少的重要部件用钢。从家用自行车、摩托车、洗衣机、电风扇、各种机床、农用机具、汽车、轮船等，都离不开轴承钢。所以多少年来，轴承钢内在质量影响因素的研究，尤其是轴承钢裂纹质量问题的影响程度，是一个持久不衰的课题。轴承钢内在质量的重要性，已经引起世界各国的高度重视。

　　1.2我国轴承工业现状
　　我国稍具规模的轴承厂由上个世纪九十年代的800余家，发展到今天的2000余家，年生产规模在3亿套以上。生产的轴承外径Z小至1毫米，Z大至5.7米。可分为微型、小型、中型、大型和特大型等9000多个型号。随着我国轴承工业的发展，轴承钢的产量日趋增加。

　　1.3轴承钢质量状况调查
　　以北满特钢为例，几经技术改造实现了连续交叉轧制，其工艺成熟，多项品种获过国家和省级优质奖项。轴承钢作为其生产的品种，质量状况具有典型的代表意义。

　　下面对北满特钢轧钢厂2014年7月以来的轴承钢裂纹不合格品作了统计：

　　从以上指标可以看出：平均控制水平逐期提高，废品减少。质量波动减小，趋于平稳。这说明北满特钢在轴承钢质量的控制上思路是正确的，措施是得力的。
　　1.4北满特钢轴承钢主要质量问题及控制手段
　　二、轴承钢坯、材质量问题成因分析
　　轴承钢坯材裂纹质量问题成因是一个多元函数。裂纹形态不同，形成原因肯定是不同的。经过分析表明：通常是几种因素共同作用的结果，经常发现在同一个钢坯或钢材表面几种缺陷共存，由此看出形成原因就更复杂了。综上所述针对轴承钢坯、材质量问题成因分析，得出以下几种可能因素和环节作一综合性分析。

　　1、氧化物对轴承钢内在质量的影响
　　钢包喷吹工艺是利用载气将Si-Ca粉状物质直接吹入钢包中，迅速加快钢水反应的动力学，有利于夹杂物的上浮和排除，可以明显的降低钢中的氧、硫含量和夹杂物的含量，提高钢的综合性能和使用寿命。

　　钢中夹杂物是一种脆性相，其体积分数fv愈高，韧性愈低，夹杂物的尺寸愈大，韧性下降的愈快。对于解理断裂的韧性而言，夹杂物的尺寸愈细小，夹杂物的间距愈小，则韧性不但不下降，反而提高。因为晶内脆性相如果排列较密，则可缩短位错堆塞距离，使解理断裂不易发生，从而可以提高解理断裂强度，也可阻止断裂伸展，并使断裂尺寸限于颗粒间距而提高解理断裂强度。这些提高韧性的因素也必然是延长寿命的原因。

　　2、硫化物对轴承钢内在质量的影响
　　钢中的硫化物几乎全部以硫化物形态存在。凡钢中的硫含量增高，则钢中的化合硫相应增高，但因硫化物能很好的包围在氧化物的周围，减少了氧化物对疲劳寿命的影响。

　　硫化物具有较低的熔点，当钢凝固时，就附着在多角形的氧化物夹杂的表面，特别是棱角处，形成氧化物---硫化物共生夹杂物。因此硫含量适当的提高，增加氧化物被硫化物包围的机会，导致共生夹杂数量增多。当热加工时，这种共生夹杂物与基体之间造成一个平滑的内表面，它的应力集中倾向比脆性棱角形氧化物低。同时由于硫化物的膨胀系数大，不易出现拉应力，被硫化物包围的氧化物与基体之间的应力也是很低的。当硫化物-氧化物共生时，即使硫化物夹杂体积比氧化物大或小，基体中的残余应力比起没有同硫化物结合的来说，在程度上有所减轻。残余应力本身是不足以引起疲劳的，但遇到存在的氧化物夹杂，应力就会加强，氧化物被应力所包围，再加上任何外加的应力，使应力强化到某种程度，结果导致产生疲劳裂纹。所以外部应力是破坏的直接原因，而夹杂是内因，这两者的应力场将使材料更加经不住外来的应力。当硫化物与氧化物共生时，则残余应力较低，压应力的作用也小，这将阻碍裂纹的发生，材料也就增强了抵抗外来应力的能力，提高材料的疲劳寿命。

　　3、氧含量对轴承钢内在质量的影响
　　轴承钢内在质量的综合标志就是疲劳寿命，材质的优劣对轴承钢寿命影响Z大，钢中氧含量是影响材质的重要因素。钢中氧含量越低，则其纯洁度越高，相对应的额定寿命就越长。

　　真空脱氧工艺降低了氧含量，仍未起到大幅度提高轴承钢疲劳寿命的作用。虽然真空脱氧工艺降低了氧含量，但在氧化物夹杂量降低以后，多余的硫化物又成为影响钢材疲劳寿命的不利因素。只有同时降低氧化物含量、硫化物含量，才能充分挖掘材质潜力，大幅度提高轴承钢的疲劳寿命。

　　实验结果表明：喷粉精炼工艺之所以取得比电炉工艺成倍的提高材质的使用寿命，关键在于喷粉工艺通过喷吹装置吹入粉状物质，大大加速反应的动力学，有利于夹物物细化和上浮，提高了材质的纯洁度。

　　4、超级白点对轴承钢内在质量的影响
　　白点是轴承钢中常见的一种冶金缺陷，关于对白点的研究在全国冶金界一直受到普遍的重视。本文通过应用酸浸低倍、段口检验、金相及扫描电镜观察分析等手段，弄清了GCr15钢超级白点缺陷的本质和成因，认为超级白点是导致钢坯异常脆断的内在因素。
　　白点的微观特征是研究白点形成机理的有效方法。研究指出：对轴承钢而言：白点的微观形态和热处理状态有关，调质状态的GCr15钢基体为索氏体，其宏观基体断口为细瓷状，白点为粗晶银白色亮斑。扫描电镜观察瓷状断口的微观形态为准解理断裂，而白点为粗大的沿晶断口。观察可见：白点断口的晶粒粗大，尺寸约在0.1-0.2UM之间，是其基本晶粒的10倍多，白点和基体之间有明显的边界和二次裂纹。如果白点裂纹与断口垂直，那么在断口上看到的就是一条沿晶裂纹，由于晶粒粗大而又沿晶扩展，所以裂纹呈锯齿状。观察结果表明：白点裂纹的晶界面呈现精细条纹状特征。X射线显示仪已经证明：这种精细条纹是渗碳体。经高温处理后，晶界的渗碳体可以固溶到基体中。在白点区也可看到沿晶波纹状、层片状及椭圆形长条形显微孔隙。由此可见：白点形成裂纹核主要是钢中存在的原始空隙，在轧后的冷却过程中，通过氢原子的扩散输运的富集，就有可能首先从这里向基体中扩展而产生白点断裂。充氢的显微孔隙虽不是白点裂纹，却是白点裂纹核，值得着重指出的是沿晶渗碳体精细条纹造成在晶界上存在显微孔细。所以说晶界本身也是白点裂纹核，轴承钢白点表现了独特的沿晶裂纹特征。在雨季冶炼的GCr15轴承钢气体含量之高，已经使得轧后缓冷等消除白点的工艺措施失去意义。由于钢中的氢气含量较高，在冷却时，当氢原子发生分子状态的聚集后，一些未被轧合的充氢显微孔隙使钢局部的压力增加，白点区晶粒尺寸和基体区的较大差别在冷却时也将产生较大的组织应力，助长了白点裂纹的扩展，随着时间的增加，白点继续的缓慢长大，甚至于有的白点在钢中相连接，发生了各种情况的异常断裂现象。