轴承钢-技术-科技项目-

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利用轴承钢屑再生轴承钢

成熟度：-

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

将轴承钢屑预处理后采用中频炉重治，至化学成分和气体夹杂均合格后浇铸成小钢锭，再采用专门的轧制工艺轧制成所需的GG15轴承钢圆钢。钢屑熔炼收得率为87%-90%；成品钢材技术指标符合YJZ84要求。每处理一吨钢屑可新增产值4000元，新增利税1500元。项目中采用单一轴承屑为原料，以中频炉冶炼轴承钢的工艺技术属国内首创；并在轴承钢屑的综合利用深度上达到国内领先水平。该项目还具有投资少、耗电少、收得率高、见效快的特点。
大功率风电机组用轴承钢关键技术开发

成熟度：-

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况等：1、项目所属科学技术领域：该项目属黑色金属制造业新材料技术领域。2、主要内容：针对5MW以上大功率风力发电机用大型偏航、变桨和风叶主轴轴承的服役特点和可靠性高的要求，自主开发出新材料及相应的冶炼、加工、热处理和表面改性等前沿核心技术，开发出单座装机容量5MW以上大型偏航轴承、变桨轴承、风叶主轴轴承，实物质量达到进口部件水平，保证轴承在环境温度、湿度和服役载荷变化大的条件下具有耐冲击、长寿命、高可靠性及良好的密封性能和润滑性能，形成稳定批量的风电轴承钢生产能力，并形成自主知识产权。3、主要特点：(1)发明了大功率风电机组用硬贝氏体组织新钢种，该开发成果已走在了世界的前列，推动贝氏体钢在轴承行业的应用。(2)开发出满足5MW偏航和变桨轴承圈要求的钢种，攻克了大尺寸中碳低合金轴承钢淬透性不足的技术难题。(3)集成开发了轴承钢的冶金质量控制技术，建立了完整的超纯净轴承钢的生产技术体系，获得了高洁净度、高均匀性、高性能要求的大功率风电机组用轴承钢，指标达到进口部件水平，实现了批量供货的能力。(4)开发出外径达3200mm的6MW风电机组主轴轴承和外径达5107mm的5MW风电机组偏航轴承，为国内最大风电机组轴承。(5)项目实施期间共申请专利32项，其中发明专利24项，授权发明专利8项；发表学术论文33篇，修订国家标准1项，制订行业标准1项。4、应用推广情况该项目成功通过科技部的验收。项目所取得的研究成果，已被大冶特钢和洛阳LYC应用于生产风电机组主轴、偏航和变桨轴承用钢及轴承制造，产品主要供应SKF、FAG、TIMKEN、金风、华锐、GE、上海电气等用户。新钢种已成功写入到修订的国家标准和新制定的冶金行业标准中，三种新材料的纳标，实现了成果的转化，有利于应用推广。与国内特钢厂东北特钢、西宁特钢、上海特钢公司进行技术交流，相互取长补短，极大地推动了中国特殊钢行业的转型升级，提升了中国特钢产品在国际上的地位。项目实施过程中近3年新增销售额11.6亿元，新增利润1.25亿元，实现部分产品顶替进口。
工业基础零部件超精密低损伤制造

成熟度：正在研发

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

将机械抛光技术延伸应用于GCr15轴承钢等金属材料超精密加工领域，初步解决了传统超精研变质层深等技术难题。首先，利用化学机械抛光技术初步实现了具有纳米级表面粗糙度的GCr15轴承钢平面工件表面加工。在此基础上，宇浙江工业大学袁巨龙教授团队合作，利用化学机械抛光技术对轴承钢圆柱滚子进行超精密加工，显著提高了其表面质量和形状精度，表面无明显的机械损伤，初步实现了纳米级的表面粗糙度和亚微米级的圆度。（a）轴承钢微观材料去除机制；（b）0级轴承圆柱滚子高效超精密加工结果　　应用领域与已推广使用情况：该研究成果可以应用于高精度轴承圆柱滚子的加工，有效解决了传统研/珩磨终加工技术表面质量差、变质层深的难题，实现了最高精度等级0 级轴承圆柱滚子高效超精密加工，为高性能滚动轴承的批量生产提供了有力的技术支撑。　　知识产权情况：研究成果发表学术论文5篇，其中SCI收录论文4篇，国际会议论文1篇，授权国家发明专利2项，入选四川省“**”青年人才，荣获浙江省科技进步一等奖（排名第8/12）。　　技术水平：国内领先。　　技术成熟度：熟化阶段。　　团队（或成果完成人）简介：超精密表面制造研究团队是一支具有多学科交叉特点的研究团队，研究人员分别具有机械、材料、力学、化学等专业背景。团队目前共有研究人员14人，其中教授6人、副高级5人；包括：国家**教授2人、外专千人1人、教育部长江学者1人、国家杰出青年基金获得者1人、国家优秀青年基金获得者1人、洪堡学者2人等。近年来，团队承担了973计划、国防、国际合作和企业合作等科研项目，研究成果对促进科学技术进步和国民经济的发展做出了重要贡献，成为国内超精密表面制造领域重要的科学研究和人才培养团队。
转炉－小方坯流程棒线材用钢炼钢连铸关键技术研究及应用

成熟度：通过小试

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

本项目在分析焊条钢H08A、高碳硬线钢、轴承钢钢种特性的基础上，结合攀钢钒小方坯连铸装备和工艺条件，通过研究各典型钢种的精炼钢包渣组成控制、焊条钢H08A钢水可浇性及铸坯气泡控制技术、提高轴承钢连浇炉数以及高碳钢铸坯成分均匀性控制技术等关键技术，打通了限制性环节，集成了转炉—小方坯流程高效生产优特钢的工艺技术。研究成果应用后，H08A、高碳硬线钢夹杂物控制全部满足用户要求，各钢种力学性能满足用户要求。课题研究期间累计生产H08A、高碳硬线钢、轴承钢等优特钢共5万余吨，产生了显著的经济效益和社会效益；课题研究期间申请专利4项，已获授权专利1项。
轴承钢中非金属夹杂物控制关键技术

成熟度：可规模生产

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

随着我国国民经济的不断发展，对轴承钢性能提出了更高的要求。超纯净轴承钢被广泛地应用于高速铁路、风电装备、航空发动机、高档轿车变速箱、高速精密机床和长寿命冶金轧机等对使用寿命、可靠性、承载能力严格要求的领域。超纯净轴承钢炼钢冶炼难度极高，主要是由于其钢中非金属夹杂物控制存在以下两个难题：(1)超高洁净度，总氧含量低于5 ppm；(2)大颗粒夹杂物数量要求少，尺寸小于15 um。近30年来，通过引进、消化和吸收，实现了大部分高端装备的国产化，但对高端装备用高可靠长寿命轴承的国产化一直没有解决。因此，开发超纯净轴承钢中非金属夹杂物控制关键技术，为打破此领域国外产品及技术垄断、实现国内自主生产有重要意义。(1)超纯净轴承钢精炼渣成分设计技术.铝脱氧轴承钢都是通过高碱度精炼渣提升钢材的洁净度，减少钢中夹杂物数量。高碱度精炼渣具有很高的脱氧脱硫能力，效率高，可生产超低硫轴承钢。由于高碱度精炼渣中CaO含量高，易被钢中［Al］还原而进入钢液，从而生成Ds类夹杂，对轴承钢性能产生不利影响。另外，高碱度使精炼渣熔点变高，成渣慢，炉渣流动性变差，会影响脱氧脱硫效果，有可能引起卷渣。低碱度精炼渣由于碱度低，降低了 CaO-ALO,类夹杂的影响，但脱氧能力下降使得氧化物夹杂上升。本项目研究应用FactSage热力学计算软件，研究了不同精炼渣成分对钢液成分、夹杂物成分的影响，通过对不同精炼渣系进行设计优化，确定精炼渣成分；同时，本项目在碱度7-12范围内进行工业试验，考虑了不同碱度精炼渣对轴承钢洁净度和夹杂物成分的影响，从而更系统准确地确定了有利于超纯净轴承钢夹杂物控制的最优精炼渣成分。图1精炼渣碱度对渣中AI2O3和CaO活度的影响(2)超纯净轴承钢VD精炼控制技术.在真空状态下吹氩搅拌钢液，促使夹杂物从钢液内排除，使钢的洁净度提高。VD精炼过程渣钢剧烈反应，渣中CaO、MgO被还原为［Ca］和［Mg ］进入钢液，与钢中AI2O3夹杂物反应生成镁铝尖晶石和钙铝酸盐，导致钢中Ds类夹杂数量增加，可能导致水口结瘤和最终轧材中出现 Ds类夹杂缺陷，影响轴承钢的质量水平，VD精炼真空度的控制对于夹杂物的上浮去除和夹杂物成分非常重要。本项目对VD真空度进行了优化，使得最终产品夹杂物中的CaO含量由30%左右降低至5%以下，显著减少了 CaO-ALO,和CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物的生成，使钢中夹杂物由CaO-ALO,类转变为镁铝尖晶石类，减轻了Ds类夹杂的危害。优化前夹杂物优化后夹杂物优化前平均成分优化后平均成分 1873 Kliquidus（3）热处理过程夹杂物成分控制技术。对于轴承钢钢液中的夹杂物已经形成了一系列脱氧、精炼渣改性、真空精炼等成熟的夹杂物控制方法，可以较好实现冶炼过程从精炼到连铸过程夹杂物的有效控制。轴承钢轧制热处理过程不仅能够改变钢的组织结构和性能，也会使得氧化物夹杂与钢基体发生高温反应，造成钢基体成分偏析、原有氧化物夹杂的改变和新氧化物夹杂的析出。同时，热处理过程钢基体中氧化物夹杂的种类、性质、尺寸及形貌特征变化直接影响着最终轴承钢产品的组织和性能。本项目研究了在不同热处理温度（1225 °C、1300 oC和 1375 °）和热处理时间条件下，GCr15轴承钢中非金属夹杂物的演变规律，并且发现热处理过程轴承钢中的MgO-Al2O3-CaO会逐渐转变为MgO-Al2O3-CaS夹杂物，小尺寸夹杂物完成转变所需时间较短，而大尺寸夹杂物完成转变所需时间较长。在不同热处理温度下，钢中夹杂物尺寸基本不变，但夹杂物转变速率不同。通过热力学计算和动力学模型，对轴承钢热处理过程中夹杂物的转变机理进行揭示。图3热处理对轴承钢中夹杂物成分的影响成熟程度及推广应用情况：已经经过实验室试验和工业应用；该成果目前已经成功应用于南京钢铁有限公司，该应用改善了GCr15轴承钢轧材探伤不合缺陷，生产的GCr15轴承钢可部分替代进口产品。本项目成果发表文章4篇，项目成果对于降低生产成本，提高产品质量，促进企业经济效益，满足下游用户需求，提升同行之间的竞争力，产生了非常巨大的改善意义，最终对推动企业轴承钢产品制造能力与质量水平的整体提升做出了重要贡献。投资估算和经济效益分析：此前的应用和推广成功的为企业改善了大颗粒夹杂物引起的轴承钢探伤不台缺陷率，显著提升了企业产品的质量，为企业带来了可观的经济效益。成果亮点：开发了一套超纯净轴承钢冶炼创新集成技术，与国内外先进企业技术相比，具有以下创新性：（1）开发了超纯净轴承钢VD精炼控制技术。通过VD精炼真空度优化工业试验，抑制钢中CaO-ALO,类夹杂的生成，有效地改善了轴承钢探伤不合缺陷率。（2）建立了轴承钢热处理过程夹杂物转变动力学模型。提出通过热处理控制夹杂物成分的创新思路，可在改善元素偏析、析出相均匀性的同时控制夹杂物的类型。
超高碳型轴承钢研究与开发

成熟度：-

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

轴承是重要的机械基础件，它在很大程度上决定了装备的性能、寿命与可靠性等。随着社会的发展与进步，人们对它的寿命提出了越来越高的要求。经过几十年的发展，中国已经发展成为轴承钢的生产大国。产量已基本能满足国内市场的需求。但是国产轴承钢的质量与瑞典SKF、日本山阳等先进厂家相比还存在一定差距。迫切要求提高其疲劳寿命。延长轴承钢寿命的尝试主要包括降低氧含量与提高钢的洁净度；表面改性处理；以及通过探索新的热处理工艺来提高轴承钢的疲劳寿命。然而通过以上方法获得的较长寿命并不总是能够满足要求的，特别是在高负载荷等严酷条件下使用时，更是如此，所以一直有需求开发一种具有更长使用寿命的钢材。当钢的含碳量大于 0.77%以后成为过共析钢，过共析钢在铸造态、退火态与正火态的正常组织为网状二次渗碳体与珠光体。渗碳体的硬度高，耐磨性好，增加渗碳体明显可以提高材料的硬度与耐磨性。但以网状形态存在是导致钢变脆的主要原因，为了减少脆性，避免较多的网状渗碳体，轴承钢的含碳量一般都小于 1.0 左右，高于此含碳量将导致后续锻造、轧制难以将大的网状渗碳体破碎，将使钢的性能变脆。为了破碎网状渗碳体，在轧制与锻造工艺中都增加了变形量同时降低变形温度，这样都增加了工艺成本，浪费了能源。本项目得到了一种无网状渗碳体的高碳钢，这个钢比较容易球化，经850C加热 15min，1C/min 冷却到 750 C出炉后就得到了理想的球化组织，这将大大节省球化处理的时间，可以提高功效，节约能源。该材料经 840℃加热淬火，155±5℃回火，组织为马氏体和残余奥氏体加剩余碳化物，本项目的组织明显比较细，残余奥氏体量也比较奥少，这些特征都十分有利于提高轴承钢的性能。结果表明本发明的材料比典型的轴承钢 GCr15 有更高的耐磨性和更长的接触疲劳寿命。该材料的成本与 GCr15 相当，热处理工艺也相同，所以不增加额外成本。
新型超高碳钢轴承

成熟度：正在研发

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

一、项目简介经过几十年的发展，中国已经发展成为轴承钢的生产大国，产量已基本能满足国内市场的需求。但是国产轴承钢的质量与瑞典SKF、日本山阳等先进厂家相比还存在一定差距，主要是疲劳寿命的延长。延长轴承钢寿命的尝试主要包括降低氧含量与提高钢的洁净度；表面改性处理；以及通过探索新的热处理工艺来提高轴承钢的疲劳寿命。然而通过以上方法获得的较长寿命并不总是能够满足要求的，特别是在高负载荷等严酷条件下使用时，更是如此，所以一直有需求开发一种具有更长使用寿命的钢材。当钢的含碳量大于0.77%以后成为过共析钢，过共析钢在铸造态、退火态与正火态的正常组织为网状二次渗碳体与珠光体。渗碳体的硬度高，耐磨性好，增加渗碳体明显可以提高材料的硬度与耐磨性。但以网状形态存在是导致钢变脆的主要原因，为了减少脆性，避免较多的网状渗碳体，轴承钢的含碳量一般都小于 1.0左右，高于此含碳量将导致后续锻造、轧制难以将大的网状渗碳体破碎，将使钢的性能变脆。为了破碎网状渗碳体，在轧制与锻造工艺中都增加了变形量同时降低变形温度，这样都增加了工艺成本，浪费了能源。本项目提出了超高碳轴承钢的概念，设计并制备了含碳量在1.20-1.31%超高碳轴承钢。二、产品性能优势在最佳热处理工艺条件下，超高碳钢的接触疲劳寿命是传统GCr15钢和瑞典SKF-3轴承钢的3-5倍。--128--西安交通大学国家技术转移中心图1轴承材料接触疲劳寿命提高性能的原因在于：1、在相同的热处理条件下硬度提高2-3HRc度。2、晶粒显著细化。在相同热处理条件下，超高碳钢的平均晶粒尺寸为6.9μm，而传统GCr15和SFK-3材料的晶粒为13.5μm，细化晶粒可以提高强度与韧性。 3、耐回火温度提高。在相同的回火温度下，超高碳钢的硬度高2-3HRc，因此在相同的硬度条件下，回火温度可以提高50-100℃，这样可以充分释放淬火应力。这些因素都是提高寿命的原因。三、技术成熟度□概念验证□原理样机工程样机□中试产业化在实验室工作的基础上，本项目已开展了工业化的实验，完成了小批量超高碳轴承钢的制备、重卡汽车轴承样件加工以及轴承产品的台架疲劳实验。测试结果与实验室材料接触疲劳寿命实验结果吻合，在0.45应力比条件下测试了8倍的额定寿命，传统GCr15轴承通常在0.35应力比台架下测试3倍寿命。目前已完成了工业化规模（60吨）的材料熔炼、轧制，进入到机械加工阶段，待路试合格后将成为新一代轴承钢材料。该材料的成本与GCr15相当，热处理工艺也相同，所以不增加额外成本。--129--西安交通大学国家技术转移中心图2典型GCr15轴承钢轴承和新材料轴承台架试样后轴承表明质量，新材料表面质量完好，GCr15轴承钢轴承表面发黄，表明轴承运转时表面瞬时温度升高到200度以上。四、合作方式□联合研发□技术入股□转让授权（许可）面议
基于非铝脱氧工艺的高品质轴承钢关键冶金技术

成熟度：通过小试

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

成果简介：目前国内外生产高品质轴承钢绝大部分采用高碱度渣、铝脱氧的方式快速去除钢液中溶解氧，同时通过有效去除脱氧产物，大大降低钢中全氧含量，高品质轴承钢中全氧含量已经稳定控制在 5ppm 以下。这种轴承钢中常见的夹杂物主要是尖晶石、钙铝酸盐和硅酸盐。其中钙铝酸盐和尖晶石被认为是对轴承钢疲劳寿命影响最大的夹杂物。在铝脱氧方式下，为了提高轴承钢的质量，普遍采用的方法是降低钢中全氧含量，以减少钢中夹杂物的数量。然而这种脱氧方式并不能消除尖晶石和钙铝酸盐，同时采用铝脱氧方式也带了很多严重问题，包括（1）钢中全氧要控制极低，大大增加了炼钢的难度和成本；（2）采用铝脱氧工艺，恶化钢液流动性，连浇小方坯时极易造成水口堵塞，连浇炉数大大减少，严重影响了连铸坯质量和生产成本；（3）钢液中的高 Al 含量容易还原渣中的 Ti，从而影响钢中氮碳化钛的控制水平，降低了轴承钢的疲劳寿命。为了避免高品质轴承钢采用铝脱氧带来的上述问题，采用 BOF-LF-RH-CC 流程，以及硅锰合金脱氧、低碱度渣精炼生产高品质轴承钢。这种轴承钢全氧含量稳定控制在 6-8ppm，钢中夹杂物主要类型为硅酸盐夹杂物，具有与铝脱氧轴承钢（全氧含量 5ppm）相似的超高周疲劳寿命。使用硅锰合金脱氧可以有效的改善钢液流动性的问题，解决了由于连铸水口堵塞带来的钢质量问题，降低了生产成本。推广应用情况：已应用于某企业批量化生产高端轴承钢。技术优势：采用非铝脱氧方式，减少了生产成本，解决了小方坯连铸的连浇性差的问题，并得到了疲劳性能较优的轴承钢。性能指标：钢中主要夹杂物对比：铝脱氧钢（steel A）中氧化物夹杂物主要为钙铝酸盐，非铝脱氧钢（steel S）中氧化物夹杂物无主要为硅酸盐。对比两种轴承钢的超高周疲劳性能：非铝脱氧轴承钢的超高周疲劳性能略优于铝脱氧钢。市场分析：可广泛代替铝脱氧轴承钢应用于实际生产中。经济效益分析：通过非铝脱氧轴承钢的应用，大大提高了小方坯的连浇炉数，减少了生产成本和质量异议，提高了产量和效益。成果亮点： 1．成果来源：中天钢铁横向项目。2．技术先进性：国内企业多用铝脱氧工艺，这种非铝脱氧工艺处于国内先进水平，采用硅锰脱氧和真空脱氧方式冶炼轴承钢，全氧含量能稳定控制在 6-8ppm，具有与 5ppm 铝脱氧轴承钢相似的超高周疲劳寿命。
转炉-大方坯连铸流程高品质轴承钢的工艺技术集成与创新

成熟度：-

技术类型：-

应用行业：制造业

技术简介

转炉-大方坯连铸高品质流程轴承钢的工艺技术集成与创新轴承钢是纯净钢代表钢种之一，是重要的特钢品种，在汽车、机械制造、铁路运输等行业应用十分广泛。相对于普通轴承钢来说，高品质高碳铬轴承钢对影响轴承寿命的纯净度和组织均匀性具有更高的要求。随着中国改革开放的进一步深化，“十一五”期间，中国铁路、汽车、工程机械等领域均取得了快速的发展，轴承的需求越来越广泛，下游用户对高品质轴承钢的要求越来越高。经过100年来的发展，轴承钢的生产和质量不断取得进步，国际上高端轴承钢的生产尤以瑞典SKF公司及日本山阳特殊钢厂为代表。瑞典SKF公司生产轴承钢采用100tEAF-ASEA-SKF-IC工艺，钢中[T.O]控制到5.4×10-6，[Ti]13.4×10-6。日本山阳特殊钢采用90tEAF-LF-VD-CC工艺流程进行轴承钢生产,[T.O]控制到5.2×10-6，[Ti]14×10-6，带状碳化物与宏观夹杂控制达到了国际领先水平。国内优秀的特钢企业代表，如兴澄特钢、东北特钢、宝钢特钢，多采用EAF-LF-VD-CC进行高端轴承钢的生产，兴澄特钢钢中[T.O]控制到6.0×10-6，[Ti]控制到15×10-6，达到了较高水平。而国内尚无利用中型转炉流程进行高品质轴承钢生产的成功先例。石钢公司自2001年开始开发轴承钢，公司立足于中型转炉炼钢的低成本优势，研究开发中型转炉冶炼轴承钢的工艺，采用60tLD-LF-VD-CC的工艺流程生产高品质轴承钢，轴承钢年产量在35万吨左右，轴承钢的生产规模在国内已居于前列。为满足高端轴承钢用户的需求，石钢公司进一步围绕提高轴承钢的品质开展了一系列的技术创新工作，采用转炉-大方坯连铸工艺流程，通过对氧含量的控制，钢中钛、钙含量的控制，宏观夹杂物的控制及带状碳化物的控制等工艺技术的开发应用，成功开发了高品质轴承钢，用于制作汽车、电机轴承等，使石钢的轴承钢实物质量水平实现了跨跃式的提升，是国内中型转炉冶炼高品质轴承钢的一个突破。石钢公司开发的高标轴承钢，已在瓦轴SKF、长江轴承、人本轴承、襄阳轴承等高端用户中成功使用，制作精密轴承、电机轴承、汽车轴承、轮毂轴承等关键部件。轴承钢的洁净度控制、钢中钛、钙含量控制、带状碳化物级别、宏观夹杂物控制方面已跻身国内先进水平，对于企业调整产品结构，转变发展方式具有重要的示范意义，填补了河北省高端轴承钢的生产空白。