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中国冶金
2020年 30卷 9期
刊出日期 2020-09-15
专家论坛
冶金科技英才
冶金科学技术奖
人物专访
序言
专题研究
序言
1
罗海文
序言
2020 Vol. 30 (9): 1-1 [
摘要
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369
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专家论坛
2
章桢彦, BLASS Toni, 唐瑜, 韦剑飞
滚动轴承的白色腐蚀裂纹失效
白色腐蚀裂纹(WEC)为不同于经典滚动接触疲劳(RCF)的轴承失效机制,因通常导致轴承早期失效而成为目前最受关注的轴承失效机制之一。对WEC失效与经典RCF的差异进行了概述,并以台架测试研究了多种附加载荷、轴承材料及其热处理和表面涂层对轴承WEC失效寿命的作用,以及钢的洁净度对轴承WEC失效和经典RCF寿命的不同影响。证实了附加载荷是发生WEC失效的必要条件,改善钢的洁净度可显著提高轴承经典RCF寿命,但不能作为提高轴承WEC失效寿命的有效方法。
2020 Vol. 30 (9): 2-10 [
摘要
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11
付悍巍, 崔一南, 张弛, 张虎
轴承钢滚动接触疲劳研究进展
对轴承钢的滚动接触疲劳领域的研究重点、研究方法和研究进展进行了综合性的阐述。首先分析了滚动接触条件下材料内赫兹应力的分布以及轴承钢对循环应力的响应,解释了轴承钢发生次表面疲劳的根本原因;接着对轴承钢疲劳测试的方法进行了总结,分析了各种测试方法的优劣势;然后讨论了影响轴承钢滚动接触疲劳寿命的关键因素;最后,对轴承钢次表面诱发的滚动接触疲劳的两大表现形式,即疲劳裂纹生长和显微组织退化,进行了系统性阐释,介绍了重要的疲劳机理并提出了未来的重点研究方向。
2020 Vol. 30 (9): 11-23 [
摘要
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专题研究
24
吕皓天, 杨亮, 陈浩, 崔一南, 付悍巍, 张弛
轴承钢的滚动接触疲劳与寿命预测模型
轴承是现代工业中最重要的钢铁部件之一,而次表面滚动接触疲劳(RCF)是轴承主要的失效模式。为了深入理解轴承钢的RCF失效过程,首先从力学和材料学两个角度对轴承钢的RCF过程进行了描述,提出RCF过程的实质是由位错和碳原子的交互作用造成的次表面组织演变过程;然后介绍了预测轴承RCF寿命的工程模型和理论模型,指出将工程模型与理论模型相结合、将在循环载荷作用下微观组织的演变与RCF寿命相结合是未来工作的两个重要方向;最后对全流程、多尺度的轴承钢设计问题进行了展望,提出耦合物理冶金学算法与人工智能算法以及多学科交叉的重要工作思路。
2020 Vol. 30 (9): 24-36 [
摘要
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404
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37
刘烨, 尹青, 李锋, 许晓红, 陈敏, 翟蛟龙
超长疲劳寿命轴承钢的质量评价
目前普遍用来评价轴承钢洁净度和均质化程度的方法难以满足对超长疲劳寿命轴承钢的质量评估。提出了一种更科学直观地评判轴承钢的质量水平的方法。利用扫描电子显微镜进行多维度和全定量的微观夹杂物的检测,较为详细准确地分析微观夹杂物的类型和尺寸。通过原位分析技术进行均质化的定量分析,能准确分析各元素的偏析和材料的致密度,这些先进方法的应用为超长疲劳寿命轴承钢的质量评价提供了技术基础。兴澄公司生产的轴承钢,旋转弯曲疲劳性能大于1 000 MPa,滚动接触疲劳性能全面大于2×10
7
次。
2020 Vol. 30 (9): 37-40 [
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41
杨延辉, 王琛, 范海东, 黄镇, 白云, 许晓红
100Cr6轴承钢的超高周疲劳性能研究
采用旋转弯曲疲劳、SEM+EDS、面扫描等方法,研究了试验用100Cr6轴承钢的高周及超高周疲劳性能,以及传统疲劳极限附近的失效概率分布,并统计了夹杂物的成分、尺寸等信息。结果表明试验钢100Cr6的传统疲劳极限为967 MPa,在其之下的960 MPa应力幅值条件下,部分试样通过10
7
循环周次后仍出现疲劳断裂失效,非无限寿命。在传统疲劳极限附近,相比于正态分布,疲劳寿命数据更符合二参数威布尔分布。相比于金相检验和面扫描,疲劳+EDS方法更能发现尺寸较大且为刚性的D类和Ds类夹杂物。
2020 Vol. 30 (9): 41-44 [
摘要
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45
杨超云, 庄权, 刘航, 栾义坤, 陈星秋, 李殿中
稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为分析
为了阐明稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为,进而优化轴承钢的稀土处理过程,通过向高洁净轴承钢中加入高纯稀土的方法,借助SEM和EDS等观察和分析手段,重点对不同稀土含量轴承钢中夹杂物类型和析出行为进行了表征和分析。结果表明,稀土能够变质高洁净轴承钢中的Al
2
O
3
和MnS而形成稀土夹杂物,RE-S-As-P夹杂物可以作为RE-O-S-As-P-C夹杂物的形核核心促进其析出。随稀土含量的增加,稀土元素与夹杂物的形成元素的结合序列依次为O、S、As、P和C,稀土夹杂物类型演化序列主要为RE
2
O
3
、RE
2
O
2
S、RES、RE-O-S-As、RE-S-As、RE-S-As-P、RE-O-S-As-P-C、RE-O-As-P-C、RE-O-P-C和RE-O-C。
2020 Vol. 30 (9): 45-52 [
摘要
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53
龙鹄, 成国光, 丘文生, 曾令宇, 余大华, 刘栋
轴承钢中大尺寸夹杂物的特征、来源及改进工艺
以韶钢BOF-ARS (氩站)-LF-RH-CC工艺路线生产GCr15轴承钢为研究背景,采用水浸超声探伤缺陷定位解剖、夹杂物金相显微镜与扫描电镜检验、全冶炼-连铸过程跟踪取样相结合的方法,研究了大尺寸夹杂物的特征和来源,并提出改进工艺。研究结果表明,大尺寸夹杂物主要有两类,一类是含6%~7%SiO
2
(质量分数)的低熔点CaO-MgO-Al
2
O
3
-SiO
2
类大颗粒微观夹杂,尺寸分布在50~500 μm范围,另一类是不含SiO
2
的CaO-MgO-Al
2
O
3
类宏观夹杂,尺寸不小于500 μm。前者的主要来源为出钢的过程采用高黏度的低碱度渣与高熔点的石灰混加所引起的化渣不均匀而导致的卷渣;后者主要因为LF精炼工序添加的大量的铝钙精炼渣难以及时熔化而被卷入到钢液内部所导致。因此,精炼渣的设计和造渣工艺优化是改进上述大尺寸夹杂物的关键。改进后造渣工艺为,出钢过程中用钙铝精炼渣取代低碱度渣,并减少LF精炼工序外加的渣料,控制炉渣二元碱度(
w
(CaO)/
w
(SiO
2
))在5~9范围,Al
2
O
3
质量分数为23%~28%。改进后炉渣流动性好,水口结瘤现象得到改善,轧材中主要为细小的MgO-Al
2
O
3
尖晶石及复合硫化物类夹杂,成品探伤合格率得到有效提升。
2020 Vol. 30 (9): 53-59 [
摘要
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60
张涛, 成国光, 侯雨阳
过热度对GCr15SiMn轴承钢钢锭宏观偏析的影响
针对GCr15SiMn钢锭易出现宏观偏析凝固缺陷的问题,研究了过热度对GCr15SiMn钢锭宏观偏析的影响规律,使用真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,通过酸侵试验与OPA技术分别测定了钢锭的凝固组织与宏观偏析,并结合ProCAST软件分析了钢液流动的规律。结果表明,高过热度(70 ℃)时,中心下部出现一定程度的负偏析,中心上部形成了较严重的正偏析同时伴随疏松;中过热度(50 ℃)时,疏松范围较小,碳元素分布较均匀;低过热度(20 ℃)与极低过热度(-20 ℃)时,疏松范围扩大,凝固初期是严重负偏析,凝固末期是严重正偏析。过热度影响偏析的机理为,高过热度时,凝固过程热对流较强,溶质上浮,钢锭上部的正偏析严重;当过热度过低时,初期凝固大量形核并保留在钢锭底部,在底部形成严重的负偏析。
2020 Vol. 30 (9): 60-66 [
摘要
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67
祁猛, 李亮, 铁占鹏, 王璞, 苗红生, 张家泉
轻压下对GCr15轴承钢大方坯内部质量的影响
轴承钢棒材中心致密性和碳化物缺陷与大方坯铸态内部质量控制水平密切相关。以GCr15 轴承钢为研究对象,建立了大方坯连铸过程二维纵向凝固传热模型,结合现场测温试验验证了凝固模型的准确性。基于凝固末端轻压下补偿当地凝固收缩、控制中心缩孔的理论,通过对大方坯凝固进程的准确预测,揭示出其糊状区内合理的轻压下范围。其中,浇铸试验条件下对应铸坯中心固相率为0.30~0.75的合理压下区间为16.4~22.5 m。生产试验表明,轻压下对铸坯凝固组织转变与形貌影响不大,但可明显消除中心缩孔,中心疏松也可由1.5级以上稳定降至0.5~1.5级,满足轧制要求; 合理的轻压下位置和适度的轻压下量可明显改善轴承钢大方坯中心缩孔和中心疏松程度,提高轧材探伤合格率。同时也发现,压下位置与压下量分配不合理或不稳定可能诱发铸坯内裂纹,从而不利于轧材质量的稳定性和一致性。当前生产条件下,稳定拉速并在3~6号压下辊合理分配压下量可达到有效改善内部质量的目的。
2020 Vol. 30 (9): 67-74 [
摘要
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75
刘吉刚, 许晓红
以抗疲劳性能提升为目标的高碳轴承钢质量改善
轴承钢制造企业不仅需要关注自身产品的检验质量,更需要关心产品在下游用户和终端用户的使用质量。疲劳寿命是轴承钢使用性能较为有效的评价指标。兴澄特钢的滚动接触疲劳(RCF)和旋转弯曲疲劳(RBF)试验结果显示,夹杂物是影响高碳轴承钢疲劳失效的主要因素,钢中夹杂物的尺寸增加和偏析引起的夹杂物在中心的偏聚,会加速轴承钢使用的疲劳失效。通过浇铸钢水过热度控制并与轻压下工艺相匹配,可以改善连铸钢中心缺陷,降低因中心缺陷遗传导致的钢材使用疲劳失效概率。通过改变中间包形状优化浇铸过程钢水的流动,减少了钢中对轴承钢疲劳破坏敏感性强的B类和DS类夹杂数量和全氧含量,也减少了夹杂物总数量,有利于提升轴承钢的疲劳寿命。通过改善轴承钢纯净度和成分均匀性提高轴承钢疲劳寿命,仍然是兴澄特钢今后很长时间内的主要工作方向。
2020 Vol. 30 (9): 75-82 [
摘要
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83
宋超伟, 田勇, 王昊杰, 王昭东
预氮化对Cr-Co-Mo-Ni轴承钢渗碳层组织和性能的影响
化学热处理工艺对轴承钢的服役性能具有重要影响。研究了预氮化工艺对新型Cr-Co-Mo-Ni轴承钢渗碳层组织和性能的影响规律。结果表明,经预氮化处理的渗碳层组织可划分为析出物和针状马氏体区,析出物、针状马氏体和板条马氏体混合区,以及析出物和板条马氏体区,且在原渗氮形成的白亮层位置有数量较多的微小孔洞出现。预氮化全工艺试样表层含铬碳化物析出较少,随渗层深度的增加,次表层析出较多的含铬碳化物且尺寸较大。相较于仅渗碳试样,在表层相同位置,经预氮化处理的试样在回火后,析出物的尺寸更细小。预氮化能够提高渗碳效率,增加渗层硬度,在全工艺试样渗层深度为0.12~0.82 mm,预氮化试样的硬度高于仅渗碳试样,且经渗后热处理的硬度增加程度也显著高于仅渗碳试样。
2020 Vol. 30 (9): 83-90 [
摘要
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91
尤蕾蕾, 王红伟, 侯俊, 李雪梅, 杨志南
G8Cr15轴承钢的工业化应用分析
降低高碳铬轴承钢中的网状、带状碳化物等不利因素,有利于提高轴承钢的综合性能。G8Cr15是新纳入到国家标准中的轴承钢,通过系列试验,对比传统GCr15轴承钢和新的G8Cr15轴承钢的各项性能。结果表明,与GCr15轴承钢相比,G8Cr15轴承钢生成网状碳化物和带状碳化物的能力极低,同时具有更高的淬透性、良好的冲击性能和耐磨性。经工业生产验证,G8Cr15可替代GCr15用于生产轴承零件,且不易产生网状碳化物。
2020 Vol. 30 (9): 91-97 [
摘要
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392
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98
吴玉成, 姜宏伟, 胡园, 刘莹, 单德彬, 宗影影
多向锻造对M50钢一次碳化物破碎机制的影响
在1 000 ℃和1 100 ℃对M50钢进行了累积应变分别为1.2和5.4的多向锻造(MDF)试验,分析了温度和累积应变量对M50钢碳化物破碎的影响。结果表明,原始M50钢中粗大的棒状一次M
2
C型碳化物经多向锻造后破碎明显,颗粒状M
23
C
6
型碳化物在1 100 ℃下明显溶解,低温多向锻造使碳化物呈现更细小的尺寸和更分散的形态。锻件不同位置由于变形程度的不同,碳化物的破碎程度也不同,变形量大的位置碳化物破碎更明显。低温和高应变量强化了应力集中水平,使一次碳化物的破碎程度增加。应力集中是碳化物破碎和分散的主导驱动力。
2020 Vol. 30 (9): 98-103 [
摘要
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104
秦羽满, 李艳国, 张明, 张福成, 尤蕾蕾, 杨志南
细化渗碳体对高碳纳米贝氏体轴承钢的影响
研究了GCr15Si1Mo轴承钢中渗碳体细化后,对材料微观组织、常规力学性能、耐磨性及滚动接触疲劳性能的影响。通过工艺的调控,使材料组织中的渗碳体尺寸从0.49细化到了0.20 μm,贝氏体铁素体板条尺寸从66细化至41 nm,并且渗碳体的分布密度也随之提高。随后通过SEM、TEM、XRD、硬度、冲击、摩擦磨损及滚动接触疲劳等试验,得到了材料的宏观性能与微观组织。研究结果表明,细化渗碳体后,材料的耐磨性能和滚动接触疲劳性能比常规工艺的优异,但是韧性相对于常规工艺有显著降低。研究证明了较细小渗碳体可以对轴承钢的组织结构、常规力学性能、耐磨性能及疲劳性能产生一定的影响,为后期轴承钢中渗碳体的调控研究提供支持。
2020 Vol. 30 (9): 104-109 [
摘要
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357
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110
冯路路, 吴开明, 乔文玮, 鲁修宇, 谢兴
轴承钢珠光体球化的研究现状及发展趋势
概述了轴承钢球化退火在轴承生产中的作用,分析了珠光体由片层状转变为颗粒状的变化规律,讨论了片层渗碳体的打断、短棒状向颗粒状转变以及颗粒状熟化长大的热力学机制。结果认为珠光体球化工艺的不足,一是存在碳化物分布不均匀、尺寸大小存在差异等问题;二是退火工艺固定化、格式化等问题,未能适应轴承钢的发展;三是球化退火后的组织检验粗糙化、不够细致。球化工艺的发展趋势,一是要在轧钢或锻压生产阶段通过引入塑性变形或增大冷却过冷度等方法来保证片层组织更加均匀、细化,无网状渗碳体;二是要开发新的球化工艺,例如在有可能的条件内引入电场、磁场以及高温高压应力场等方法来改善球化工艺;三是要将球化组织的定量化检验标准化。
2020 Vol. 30 (9): 110-118 [
摘要
] (
380
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119
王坤, 胡锋, 周雯, 吴开明
轴承钢研究现状及发展趋势
中国近年来工业制造领域不断发展,这对国内轴承钢的研发制造提出了新的挑战,高品质轴承钢的研发生产成为当前国内轴承行业亟待解决的问题之一。从轴承钢的分类、性能的主要影响因素以及热处理工艺的发展等方面对国内外轴承钢的研究进展进行了综合论述,提出了发展国内高品质轴承钢需解决的工艺优化、夹杂物与碳化物的控制、检测设备及技术评价指标缺乏等问题的方法,以期实现国内高品质轴承钢的量化生产与应用。
2020 Vol. 30 (9): 119-128 [
摘要
] (
416
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1918
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129
王丰, 邱冬生, 颜家森, 刘璐, 钱东升
高端轴承制造组织性能的近净冷轧环工艺调控
以高速机床主轴承、航空发动机轴承为代表的高端轴承,常在极端严苛工况下服役,对寿命和可靠性的要求极高,需要其轴承环件承载区具有十分优良的力学性能保障。近净冷轧环成形方法作为轴承环的先进技术,不仅具有显著的节能、节材、高效等技术经济效果,而且通过冷塑性变形强化能够大幅改善轴承环件性能,已成为轴承环国际主流的成形技术。从冷轧成形工艺过程组织演变、冷轧成形对热处理的影响规律以及冷轧形变-热处理相变协同调控3个方面的研究进展进行简要阐述,并就轴承环近净冷轧环工艺的研究技术难点进行了总结与展望。
2020 Vol. 30 (9): 129-135 [
摘要
] (
378
) [
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10680KB] (
1778
)
冶金科技英才
136
韩鹏
2020 Vol. 30 (9): 136-136 [
摘要
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323
) [
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1074KB] (
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冶金科学技术奖
137
大型露天低贫磁铁矿绿色智能开发关键技术与工程实践
2020 Vol. 30 (9): 137-137 [
摘要
] (
321
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1556
)
138
大型高炉铜冷却壁长寿技术研究及应用
2020 Vol. 30 (9): 138-138 [
摘要
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361
) [
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1592
)
人物专访
139
鲁萍
访中国钢铁行业专家—赵明珠
2020 Vol. 30 (9): 139-139 [
摘要
] (
351
) [
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30820KB] (
693
)
