摘  要:從化學成分、顯微組織、硬度等方面，對比了國外及國內相近規格軸承滾子原材料及熱處理質量水平。結果表明:國外及國內滾子原材料成分接近、國外滾子有帶狀組織、非金屬夾雜相當;熱處理質量方面馬氏體組織級別接近、硬度相近、國內屈氏體組織優于國外，但殘留奧氏體含量高于國外的，并提出了軋機軸承滾子采用馬貝復合淬火的方案。 

關鍵詞:冷軋薄板軋機;圓柱軸承滾子;軋機軸承;原材料;熱處理

軋機軸承滾子的早期疲勞失效模式是在表面層下 一定深度的***大交變切應力處產生細小裂紋，隨著持續的負載運轉，裂紋逐步擴展散到表面，使材料剝落產生麻點和凹坑，隨著表面接觸狀況的惡化，***后導致軸承早期失效，非金屬夾雜物以及碳化物液析，也是降低滾子的接觸疲勞強度和耐沖擊性能的原因之一［1］。國內某軋鋼廠冷軋薄板軋機上使用過國內外兩家的圓柱軸承，其中國外軸承壽命能達到兩個多月而失效，而國內［2］軸承套圈雖然采用滲碳鋼制造，滾動體采用高碳鉻軸承鋼，但使用壽命只能達到20天。為了提高國內軋機軸承的使用壽命，針對國外軋機軸承滾子的原材料及熱處理質量進行了分析，為提高國內軋機軸承壽命提供了一種方案。

1   滾子原材料質量

1.1 滾子結構

國外軋機軸承滾子為圓柱形結構，滾子大小為φ29.5 mm，長度為50mm;LYC滾子大小φ30mm，長度為50mm。

1.2 化學成分對比

采用瑞士AＲL4460直讀光譜儀，參照標準TB/T 2235—2010《鐵道車輛滾動軸承技術條件》，對國外軸承滾子及近似規格的LYC軸承滾子用材進行成分分析，結果見表1。從其結果來看，國外軸承滾子與 LYC用的滾子用材料相當于國內GCr15鋼，成分相近。

1.3 非金屬夾雜及碳化物分布

軸承鋼性能的好壞直接影響到軸承的性能。影響軸承鋼質量的因素主要有四個，一是鋼中的夾雜物含量、形態、分布和大小;二是鋼中的碳化物含量、形態、分布和大小;三是鋼中的中心疏松縮孔和中心偏析;四是軸承鋼產品性能的一致性［3］。按照JB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》相應的級別圖，對國外軋機軸承滾子及LYC滾子用原材料，在非金屬夾雜及碳化物的不均勻性方面進行了評級，檢驗結果見表2。從檢測結果來看，各類夾雜缺陷、帶狀碳化物和碳化物液析均符合TB/T 2235—2010標準。對比 檢驗結果可知，LYC滾子用GCr15電渣鋼材料質量達到國外軋機軸承滾子用材的質量，在帶狀組織控制方面稍占優。

2   熱處理質量檢驗

2.1 組織及硬度檢查

采用OLYMPUS GX51型光學顯微鏡對國內外軋機軸承滾子進行了顯微組織檢測，腐蝕劑為4%硝酸酒精溶液。為了掌握國外軋機軸承滾子的硬度及其分布情況，將滾子沿長度的1/2處切開，磨削橫截面，由表及里進行了硬度檢測。對滾子的表面組織、心部組織、碳化物網狀、滾動面硬度及心部硬度進行了檢測，其結果見表3。

表3反映了國內外滾子熱處理質量的各項技術指標，圖1和圖2分布代表了國外、國內軸承滾子的顯微組織形貌。

按照JB/T 1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼 零件熱處理技術條件》評定其顯微組織及硬度，國內外滾子的熱處理質量均達到標準要求，T代表屈氏體組織。從表3可以看到，LYC滾子熱處理質量與國外軸承滾子相當，由于國內滾子是在帶保護氣氛輥底爐生產線進行鹽浴淬火回火，無論是馬氏體組織的控制級別及馬氏體組織的均勻性(見圖2(a))，還是屈氏體組織(見圖2(b))的控制方面，均不低于國外軸承滾子的顯微組織水平((見圖1(a)和(b))。國外軸承滾子表面馬氏體組織為3級，而LYC滾子表面馬氏體組織相比實際控制可以達到2～3級;LYC滾子心部淺腐蝕組織僅有少量屈氏體，但國外滾子心部組織淺腐蝕有屈氏體2級。對比帶狀組織，國外原材料存在，但在帶上碳化物分布均勻細小((見圖1(c));而LYC滾 子無帶狀分布((見圖2(c));對比網狀碳化物，國外滾子存在，且單個顆粒碳化物尺寸較大((見圖1 (d))，而LYC組織網狀碳化物無，且碳化物顆粒分布細小均勻((見圖2(d))。對比滾子心部硬度，LYC滾子的硬度梯度變化不大，稍高于國外滾子心部硬度。 從網狀碳化物和帶狀碳化物來看，國內的軸承滾子原材料質量與國外原材料相當。

2.2 表面殘留奧氏體

利用便攜式Xstrees3000X射線應力儀，對兩種滾子的縱截面試樣，進行了殘留奧氏體含量的測試，國內外軋機軸承滾子殘奧檢測結果見表4。

從表面殘留奧氏體的測試數值來看，國內殘留奧氏體含量大于國外滾子的殘留奧氏體含量。由此可見:該類軋機軸承滾子屬于馬氏體類淬火工藝，且采用鹽浴淬回火熱處理 方式，而我國軸承行業JB/T 1255—2014對殘留奧氏體進行了規定。對于鹽淬方式的殘留奧氏體而言，重新回火后殘留奧氏體變化甚小。雖然殘留奧氏體含量偏高，但200℃回火對其影響不大。在殘留奧氏體方面，LYC滾子若用于軋機方面，可采用馬貝復合淬 火［4］的熱處理方式代替滾子原有的馬氏體淬火，淬火后得到的組織不是單一的貝氏體組織，而是以貝氏體為主，含有少量馬氏體的復合組織，這種“馬-貝復合組織”不僅具有高的強度和硬度，而且具有良好的沖擊性能，可以滿足軋機軸承的服役條件。為了獲得此類復合組織，工藝方案采用先馬后貝［5］，淬火先發生馬氏體轉變，奧氏體內含碳量低的部分轉變為馬氏體，奧氏體內含碳量高的部分在隨后的Ms點以上的下貝氏體轉變溫度等溫過程中轉變為下貝氏體，***終淬火后殘留奧氏體量少，尺寸穩定性高。第一次淬火過程轉變的馬氏體組織在隨后下貝氏體轉變溫度等溫時進行了及時回火，因而淬火過程不易產生裂紋。工藝采用:淬火加熱溫度860℃，加熱時間84min，第一次冷卻溫度為180℃，等溫溫度為230℃，等溫時間5h。

2.3 晶粒度對比

根據GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測定方 法》中晶粒度的顯示，侵蝕劑采用2g苦味酸+1g十 三苯亞磺酸鈉+100mL H2O，常溫下腐蝕;可以顯示高碳鉻軸承鋼的淬火回火后的奧氏體晶粒度大小。利用金相顯微鏡按GB/T 6394—2002標準，采用人工截點法進行評級。兩種滾子的晶粒度對比見圖3，國外滾子為10.2級，LYC滾子為10.4級。影響晶粒度的因素有很多，***主要的是材料的化學成分及熱處理時的加熱溫度和保溫時間;熱處理時的加熱溫度越高，保溫時間越長，晶粒越粗大，反之亦然。這進一步說明了兩者熱處理淬火加熱溫度相當，屬于合理的溫度分布。

3   結論

1)國內相近規格的電渣軸承鋼滾子用材料與國外軋機軸承滾子用材化學成分接近，原材料質量完好，所以可以用GCr15電渣軸承鋼的替代國外軋機軸承滾子用材。

2)國內軸承滾子的熱處理質量如顯微組織、晶粒度、硬度與國外的相當，但在殘留奧氏體的控制方面稍高于國外，可以通過開展先馬后貝的熱處理工藝，獲得良好的力學性能。

3)隨著馬貝生產線的推廣應用，可以實現“馬-貝復合組織”的熱處理工藝:建議采用淬火加熱溫度860℃， 加熱時間84min，第一次冷卻溫度為180℃，等溫溫度為230℃，等溫時間5h進行小批量試制。

【參考文獻】

［1］趙旭平，寇紅濤，崔建春，等．GCr15鋼軸承滾子的早期磨損失效 分析［J］．金屬熱處理，2009，34(10):101-102． 

［2］鄒龍江，周全，高路斯．G20Cr2Ni4A鋼滲碳軸承滾子斷裂失效分析［J］．金屬熱處理，2013，38(10):101-103．

［3］曹文全，李紹昆，雷建中，等．國內外軸承鋼現狀與發展趨勢［N］．世界金屬導報，2015年/8月/11日/第B12版．

［4］董漢杰，沈偉毅，王明禮，等．盾構機主軸承滾子的熱處理工藝試驗［J］．金屬熱處理，2015，40(4):150-151． 

［5］尤紹軍，毛玉紅，姜長英．高碳鉻軸承鋼馬貝復合組織淬火新技術［J］．軸承，2012(4):14-15