轴承钢技术及市场调研报告分析Word格式文档下载.docx
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按照滚动体的类型,可以将滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两类;
按照轴承的承载负荷受力方向,又可以将滚动轴承分为向心轴承和推力轴承两类。
(2)靠滑动来支承转动零件的一类支承件称之为滑动轴承,包括实体型、冲压外壳型、行程型等直线运动球轴承和一些直线运动滚子、平面轴承。
(3)特殊专用轴承指的是根据某些特殊器械所需要的特殊性能而相应设计的一类支承件,主要包括复合轴承、纺织器械用轴承、磁力轴承、小型单向离合器、等速万向节等。
(4)轴承支承件对机械转轴的支承作用还需要相关的附属件来配合完成,这主要包括螺母、衬圈、钢球、滚针套和活塞环等。
1.2主要产品及应用领域分析
轴承是消耗性的机械基础件,广泛应用于一切和转动相关的机械产品新增量生产和保有量折旧当中。
滚动轴承种类众多,应用十分广泛。
滑动轴承一般应用于高速、高精度或特别重载的情况下,需求行业基本与滚动轴承无异。
针对某些特殊的支承要求而设计的一些特殊的轴承设备,如磁力轴承、复合型轴承、防高温、防低温、防水轴承则专门应用与某些特定的领域。
作为配合轴承适用的轴承附属件,其需求伴随存在与所有应用轴承的行业领域中。
从当前主要应用来看,汽车、摩托车、铁路、机床、风电是比较集中的几个领域:
(1)汽车轴承:
这里主要包括轿车和商用车两大类。
轿车上使用轴承的部位有:
发动机、启动器、发电机、水泵、离合器、变速器、差速器、前后轮毂、转向器、空调机等二十几个部位。
轴承类型主要是小型深沟球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、角接触球轴承和滚针轴承等。
商用车上使用轴承的部位主要有:
水泵、变速器、传动轴、发电机、差速器、前后轮毂、转向系统等约三十个部位。
轴承类型主要有:
圆锥滚子轴承、深沟球轴承、滚针轴承及圆柱滚子轴承。
(2)铁路轴承:
包括各系列不同结构、精度等级和规格的铁路用机车、客车、货车轴承。
铁路机车上使用的轴承主要是圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、角接触球轴承、深沟球轴承,用于液力传动箱、轮毂及齿轮箱等部位。
客、货车辆用轴承主要是轮毂轴承,客车用轴承多为圆柱滚子轴承,货车用轴承多为双列圆锥滚子轴承。
(3)摩托车轴承:
摩托车上使用轴承的部位有发动机、轮轴、转向轴、齿轮箱、传动系统等十几个部位,轴承类型以小深沟球轴承和滚针轴承为主。
(4)机床轴承:
数量巨大的各类机床,特别是精密机床需要配套各类高精度、高性能轴承,以保证机床加工精度。
通常所说的机床用精密轴承,一般指机床主轴轴承、精密传动副和转台轴承等。
(5)风电轴承:
主要指的是风力发电机组配套轴承,风电轴承受力的复杂性要求产品具有高承载能力、高寿命和高可靠性,良好的防腐性能和密封性能、耐低温冲击性能、运转灵活性和平稳性等特点。
主要包括偏航轴承、变浆轴承、发电机轴承、主轴轴承、变速箱轴承等。
1.3轴承钢质量要求及工艺路线要求
轴承钢是洁净钢的代表,除需控制以氧化物、硫化物为主的夹杂物和碳的偏析外,对P、Ti、N、H等残余元素含量也有严格要求。
GB/T18254-2002高碳铬轴承钢不仅对化学成分有具体要求,尤其对氧含量有严格限制,同时对低倍组织、非金属夹杂、显微组织、碳化物不均匀性、脱碳层、表面质量等都有具体规定。
表1-1GB/T18254-2002对GCr15轴承钢的化学成分要求(wt%)
牌号
C
Si
Mn
Cr
Mo
P
S
Ni
Cu
Ni+Cu
O
模铸
连铸
不大于
GCr15
0.95
~1.05
0.15
~0.35
0.25
~0.45
1.40
~1.65
≤0.10
0.025
0.30
0.50
15
12
对轴承钢的质量要求,确定了轴承钢生产的关键:
(1)尽最大可能减少钢中夹杂物,提高钢材纯净度;
(2)严格控制和消除钢中碳化物缺陷,提高钢材的组织均匀性。
图1-1轴承钢质量控制示意图
全氧和夹杂物是轴承钢冶炼中的主要难题之一。
轴承钢的全氧含量一般稳定在10ppm以下,目前世界最高水平可稳定在5ppm以下。
根据GB/T18254-2002要求,该钢种应采用真空脱气处理。
高档的钢种必须走LF+RH组合工艺,RH定位首先是脱气,脱气前要求O、S低,必须经过LF。
2轴承钢生产技术调研
2.1冶炼工艺
2.1.1轴承钢传统生产工艺
轴承钢最传统的生产是采用电炉工艺。
目前,国际上电炉生产轴承钢,按是否采用连铸技术,可分为两类:
其一是以瑞典SKF公司为代表的“UHEAF-LF-IC”工艺;
其二是以日本山阳公司为代表的“UHEAF-LF-RH-CC”工艺流程。
图2-1给出两种工艺流程的比较。
(a)瑞典SKF公司轴承钢生产工艺流程
(b)日本山阳公司轴承钢生产工艺流程
图2-1两种工艺流程的比较
近几年,SKF流程的技术进步在于其取消了轴承钢真空精炼工艺,采用钢包内铝沉淀脱氧和SKF精炼炉内吹Ar加电磁搅拌工艺,生产出高质量轴承钢。
山阳厂轴承钢生产工艺的最大特点是采用高碱度渣精炼,生产超纯净轴承钢,钢中硫含量控制[S]≤0.002%。
表2-1为两种工艺生产轴承钢纯净度的对比。
表2-1SKF和山阳公司轴承钢生产工艺质量对比
厂名
Al
Ti×
106
T.O×
SKF
平均值
0.02
0.008
0.036
13
8.1
波动范围
0.013~0.024
0.006~0.013
0.027~0.045
10~16
5~12
山阳厂
0.01
0.015
14.5
5.8
0.002~0.013
0.006~0.014
0.011~0.022
14~15
5.4~8.3
2.1.2轴承钢转炉生产工艺
采用转炉工艺生产轴承钢,出现于20世纪末期。
采用转炉生产特殊钢具有明显的技术优势:
(1)原料条件好,铁水的纯净度和质量稳定性均优于废钢;
(2)采用铁水预处理工艺,进一步提高铁水的纯净度,适宜低成本生产高纯净度的优质特殊钢;
(3)转炉终点控制水平高,钢渣反应比电炉更趋近平衡;
(4)转炉钢的气体含量低;
(5)连铸和炉外精炼装备和工艺水平与电炉基本相当。
采用转炉生产轴承钢,日本和德国采用完全不同的生产工艺。
二者主要的技术差别在于对炼钢终点碳的控制。
日本采用全量铁水“三脱”预处理工艺,转炉采用少渣冶炼高碳出钢技术,生产低磷低氧钢。
德国采用转炉低拉碳工艺,保证转炉后期磷效果,依靠出钢时增碳生产轴承钢。
2.1.2.1日本住友公司轴承钢冶炼工艺
日本住友公司在世界上首先开发利用杂质少的铁水经转炉吹炼生产轴承钢的生产工艺。
生产工艺流程如图2-2所示。
图2-2日本住友公司轴承钢生产工艺流程
主要工艺特点:
(1)铁水脱硫预处理[S]≤0.003%;
(2)转炉进行钢水”三脱”预处理,[P]≤0.010%;
(3)转炉少渣冶炼,Cr矿熔融还原,吹氧脱Ti;
(4)转炉高碳出钢,[C]≥0.6%;
(5)挡渣出钢,加Al深脱氧;
(6)RH轻处理脱气;
(7)吹Ar弱搅拌上浮夹杂。
产品质量达到[T.O]≤9.0×
10-6,[Ti]≤15×
10-6。
2.1.2.2德国·
蒂森轴承钢生产工艺
德国·
蒂森轴承钢生产工艺流程如图2-3所示。
图2-3德国蒂森轴承钢生产工艺流程
工艺特点:
(1)140t转炉低碳出钢,吹炼后期脱[P],终点碳控制在:
[C]=0.03~0.04%;
(2)转炉无渣出钢至白云石衬钢包内;
(3)出钢过程合金化,加少量Al脱[O];
(4)RH脱气处理。
产品质量达到[T.O]≤(7~12)×
10-6,[H]≤2×
2.1.3轴承钢炉外精炼技术
轴承钢的炉外精炼工艺,根据对硫的不同控制要求,分为“高碱度渣”和“低碱度渣”两种精炼工艺。
高碱度渣精炼工艺:
控制渣中碱度(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)≥3.0,渣中T.Fe<
1.0%。
其特点是具有很高的脱硫能力,可生产[S]≤20×
10-6的超低硫轴承钢。
同时,高碱度渣的脱氧能力强,可大量吸附Al2O3夹杂,使钢中基本找不到B类夹杂。
但由于渣中CaO含量高,容易被钢中[Al]还原生成D类球形夹杂,对轴承钢的质量危害甚大。
因此,对钢中铝含量要严格控制,尽可能避免D类夹杂的生成。
低碱度渣精炼工艺:
控制炉渣碱度(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=1.2,渣中T.Fe<
该渣系由于碱度低,消除含CaO的D类夹杂,对Al2O3夹杂也有较强的吸附能力和一定的脱硫能力,并有利于改变钢中夹杂物的形态,大幅度提高塑性夹杂的比例,有利于提高钢材质量。
轴承钢炉外精炼的处理工艺,可细分为以下三种类型:
(1)LF+VD精炼工艺。
该工艺是最传统的精炼工艺,适用于电炉生产。
其优点是在于进行充分的渣-钢精炼,可以有效地降低钢中氧含量并改变夹杂物形态,实现高效脱硫。
(2)RH精炼工艺。
多用于转炉轴承钢精炼,其特点是在真空下强化钢中碳氧反应,利用碳脱氧和铝深脱氧。
吹Ar弱搅拌上浮夹杂物,并具备一定的脱硫能力。
该工艺的优点是铝的利用率提高,Al2O3夹杂可以充分上浮,钢中不存在含Ca的D类夹杂物。
(3)SKF精炼炉电磁+吹Ar搅拌工艺。
该工艺是非真空冶炼,是SKF近几年开发成功的新工艺,采用出钢时大量加Al深脱氧和强搅拌促进夹杂物上浮的精炼工艺,代替真空冶炼生产轴承钢。
其优点是操作成本低,适宜生产超低硫、氧含量的轴承钢。
2.1.4冶炼工艺质量控制
2.1.4.1微
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