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GB/T 18254-2016《高碳铬轴承钢》标准解析
信息来源:世界金属导报2018-12-11A12      时间:2019-01-02 11:23:09


(上接第46期A12版)

◆将DS类(单颗球形)和氮化钛纳入了非金属夹杂物的种类,并明确了考核指标及方法[见GB/T 18254-2016表10及6.8 b)和c)],加严了钢中纯洁度的控制。

关于DS类(单颗球形)夹杂物,其考核指标也分为三个质量等级,其中优质钢是依据ISO 683-17:2014标准规定为2.0级,经钢铁研究总院对国内主要轴承钢厂家产品检测,均未发现最大DS值超过2.0级;高级优质钢是依据SKF D33-1:2009标准规定为1.5级,而特级优质钢是在高级优质钢1.5级上加严了半级确定,即1.0级。需要说明的是,对DS类(单颗球形)夹杂物的合格级别,ISO 683-17:2014标准规定DS平均值应符合标准的规定(取样数量由供需双方协商确定);SKF D33-1:2009标准规定所有6个试样的DS平均值应符合标准的规定,且至少4个试样的DS值应符合标准的规定;而GB/T 18254-2016标准是规定所有6个试样中DS最大值应符合标准的规定。也就是说,对于同一级别,GB/ T 18254-2016标准中的级别严于ISO 683-17:2014和SKF D33-1:2009标准的规定。

关于氮化钛[ TiN或Ti(C,N)],GB/T 18254-2016标准主要依据SKF D33-1:2009标准确定了G8Cr15、GCr15考核氮化钛[ TiN或Ti(C,N)],并按形貌分别并入B类、D类或DS类评级。据钢铁研究总院研究表明,不同成分轴承钢中TiN夹杂的严重程度有所不同。GCr15轴承钢中的TiN一般比较细小,而GCr15SiMn中的TiN或Ti(C,N)比较粗大,最大可达到60μm,这是由于Si、Mn元素的增加,促进TiN或Ti(C,N)的析出,从而使TiN或Ti(C,N)夹杂级别升高。鉴于GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo目前很少生产,没有积累数据,GB/T 18254-2016标准规定具体指标由供需双方协商确定,积累数据,便于下次纳标。

③宏观夹杂物检验方法及合格级别的确定

宏观夹杂物是指测量长度不小于1mm的夹杂物。宏观夹杂物破坏了钢基体的连续性,是造成轴承早期疲劳、剥落,对轴承钢的危害甚至大于非金属夹杂物。目前世界各国标准对宏观夹杂物要求及检测方法也不断更新,但只有瑞典SKF D33-1标准是必检项目,我国GB/T 18254-2002及其他国外标准均为协议项目,当用户订货有要求时才做此检验。为了提高钢的纯洁度,GB/T 18254-2016标准也将宏观夹杂物作为必检项目。

关于检测方法,目前世界各国标准规定的各不相同,但通常采用断口检验轴承钢中宏观夹杂物。我国GB/T 18254—2002标准采用淬口断口法测定宏观夹杂物的长度,国际标准、日本标准和瑞典SKF D33-1标准采用发蓝断口法来测定宏观夹杂物的长度和/或单位面积上的夹杂物的长度(以mm/m2表示)。试验表明:发蓝断口面呈明显的深蓝色,而夹杂物不变色,仍以白色线条显现,便于夹杂物的辨别与评定,特别是细小夹杂物。因此,GB/T 18254-2016标准将宏观夹杂物评定方法由“淬火断口”改为“发蓝断口”。但由于是首次采用,此法仅适用于“特级优质钢”(见GB/ T18254-2016中6.7.2),以便积累经验后再推广应用。为了保证新、旧标准的过渡,GB/ T 18254-2016标准在“特殊要求”中仍保留了“淬火断口”[见GB/T18254-2016中6.14a)]。

2)均匀性

高碳铬轴承钢中碳化物是保证轴承基本性能,例如硬度、强度、耐磨性和疲劳寿命等必不可少的条件,因此要求轴承钢中碳化物尺寸细小、分布均匀、呈球形。但高碳铬轴承钢中的碳化物极易产生偏析,导致钢的内部组织不均匀,往往造成轴承的接触疲劳寿命和强韧性显著降低。所以碳化物(网状、带状、液析)不均匀性是影响轴承钢的使用寿命的主要因素之一。目前,轴承钢材的均匀性世界各国标准主要采用金相评级图谱进行评级,但对碳化物不均匀性的分类、评级方法及评级图却各不相同,不具有可比性。

本次修订,GB/T 18254-2016标准主要解决了以下三个方面的问题:

——解决了与JB/T 1255-2014《滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理 技术条件》衔接问题;

——解决了热轧(锻)钢材碳化物网状的评级问题;

——解决了连铸钢做滚动体的质量保障问题。

①显微组织

球化退火的高碳铬轴承钢材的显微组织应为细小、均匀、完全球化的珠光体组织。球化退火的目的,一是使钢材软化便于轴承零件的加工,二是获得均匀细小的粒状珠光体组织,以便淬火回火热处理后获得理想的性能。

原JB/T 1255-2001标准第一级别图-退火组织(500倍)评级图谱及评定原则是与GB/T 18254-2002标准一致的,即不合格级别:第1级(欠热)组织、第5级(碳化物球过分长大) 组织、第6级(过热)组织,2级~4级是合格组织。但JB/T 1255-2001已于2014年完成修订,JB/T 1255-2014标准退火显微组织的图谱保留了原2001版的退火显微组织中的1级~4级及6级图片,在此基础上增加了1000倍的图谱,以此形成1级~5级的500倍和1000倍的显微组织,共10张图片。显微组织的评定原则仍是以“不允许出现片状珠光体组织”为主。

GB/T 18254-2016标准为了与JB/T 1255-2014《滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理 技术条件》衔接,根据轴承行业建议,显微组织评定图谱采用了JB/T 1255-2014中第一级别图-退火组织评级图谱(500倍或1000倍),评级图谱分为1级~5级,每个级别分为500倍和1000倍共10张图片组成。总之, GB/T 18254-2016标准较GB/T 18254-2002标准的主要变化是:一是将原来6级图片更改为5级图片,即保留了原1级~4级及6级图片,其中2级~4级是合格组织,1级和5级为不合格组织。1级组织特征为碳化物颗粒细小,呈点状或细粒状弥散分布,局部有细片状珠光体组织;5级组织特征为碳化物颗粒大小不均,颗粒圆度较差分布不均,局部有明晰粗片状珠光体组织;并取消了原5级(碳化物球过分长大)图片,因为原5级(碳化物球过分长大)组织现在基本不出现了;二是增加了1000倍图片并作为仲裁方法,因为轴承行业对高淬透性轴承零件淬火回火后的心部屈氏体组织提出更严格的要求,评定标准也更严格了;三是取消了“软化退火钢和供热压力加工用球化退火钢材不检验显微组织”的规定,因为轴承行业现在基本实现了采用感应加热的方式进行轴承零件的锻造工艺。

②碳化物网状

由于高碳铬轴承钢轧制冷却过程中,碳化物会沿晶界析出,形成碳化物网状,降低钢的冲击韧性等性能,碳化物网状严重时还容易使轴承零件在淬火回火时产生裂纹,因此需要加以控制。

GB/T 18254-2016标准较GB/T 18254-2002标准主要进步是:

◆增加了JB/T 1255-2014中的2.5级评级图片(见GB/T 18254-2016附录A中第6级别图),因为2.5级作为合格级别,增加一个界限图片,可以提高标准的可操作性;

◆将公称直径大于60mm的球化退火材的碳化物网状合格级别均由供需双方协议确定,主要是因为大直径钢材多数适用于套圈制造,加工方法为穿管或锻造,所以在后续加工过程中可以改善网状,不适宜在钢材上规定合格级别;另外,对直径大于60mm球化退火钢材碳化物网状的实物水平,仍需要后续的数据积累验证,待下次标准修订时不断完善。

◆因为轴承行业现在基本实现了采用感应加热的方式进行轴承零件的锻造工艺,故取消了“软化退火钢和供热压力加工用球化退火钢材不检验碳化物网状”的规定,并增加了评级图片(见GB/T 18254-2016附录A中第7级别图,相当于SKF热轧材的合格级别5.7级)。

③中心偏析

GB/T 18254-2002标准规定“连铸钢不推荐做钢球用钢”,主要是因为当时国内连铸轴承钢生产量少,连铸轴承钢质量与模铸轴承钢还有一定差距。但近十年来,随着我国冶炼设备的技术改造,一些轴承钢厂添置了结晶器电磁搅拌、轻压等装备,且连铸轴承钢一般都采用大方坯或矩形坯,其中心疏松和中心碳偏析得到了很大的改善,目前轴承行业用于制造钢球用连铸材已超过了60%。因此,GB/T 18254-2016标准取消了“连铸钢不推荐做钢球用钢”的限制,并增加了“中心偏析”评级图(见GB/T 18254-2016中附录A中第4评级图)及合格级别,其中1级中心偏析约占1.8%D,2级中心偏析约占3.0%D,以保证连铸材做滚动体检验的需要。

对其他低倍组织缺陷的评定,本次修订未作大的修改,仅按优质钢、高级优质钢和特级优质钢三个质量等级规定不同的要求,其中优质钢和高级优质钢的指标保留了原GB/ T18254-2002标准的指标,特级优质钢不同之处在于将连铸材的中心疏松加严了半级,即为1.0级。

3.3加严了脱碳层控制指标,充分满足轴承行业的需求

脱碳是影响轴承制造成本的关键指标。GB/T 18254-2002标准对热轧(锻)钢材的脱碳层指标,同ASTM 295和JIS G 4805标准一样,是按钢材的尺寸组距分档考核。但轴承行业建议参照SKF标准,钢材脱碳层深度按≤1%D(D为钢材的公称直径)加严。本次修订充分采纳了轴承行业的意见,GB/T 18254-2016标准规定直径不大于10mm热轧(锻)钢材的脱碳层为不大于0.10mm,直径大于10mm热轧(锻)钢材的脱碳层为不大于1%D(D为钢材的公称直径)。

4 结束语

经过十几年的改造,我国轴承钢的生产装备和工艺技术基本上和世界接轨,已形成了现代化轴承钢生产模式,且能生产出更高质量的轴承钢产品,为本次GB/T 18254标准的修订及标准水平的提升创造了有利条件。GB/T 18254-2016标准在限制有害元素(As、Sb、Pb、Sn、Ca、Ti、Al)以及DS (单颗球形夹杂物)类和氮化钛等长期争论的问题上有所突破,解决了与JB/T 1255-2014《滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》衔接、连铸钢材做滚动体、脱碳层控制等重大问题;钢中纯洁度和碳化物均匀性等关键指标按冶金质量等级分为优质钢、高级优质钢、特级优质钢分别规定要求,可以满足不同使用寿命和可靠性轴承的使用要求,其中优质钢基本维持现有的2002版水平,主要满足农机、玩具等低端用户的需要;高级优质钢与SKF D33-1:2009标准相当,主要满足家电、轻工机械等中端用户的需要;特级优质钢达到国外先进实物质量水平,主要满足汽车、铁路、核电、数控机床等高端用户的需要。但由于受当前轴承钢标准研究成熟度和修订标准编制时间的限制,GB/T 18254-2016标准还遗留一些问题,如表14和表15中热轧材和退火材的碳化物带状、液析指标匹配问题,水浸高频超声试验标准问题,热轧退火材脱碳层深度控制、尺寸外形及允许偏差控制等问题。希望使用GB/T 18254-2016标准的相关方继续开展研究、比对分析与验证试验,不断积累数据,为下一次修订标准做好准备。 (栾燕)

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